JPH10133055A - Photocoupler and its production - Google Patents

Photocoupler and its production

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JPH10133055A
JPH10133055A JP8290899A JP29089996A JPH10133055A JP H10133055 A JPH10133055 A JP H10133055A JP 8290899 A JP8290899 A JP 8290899A JP 29089996 A JP29089996 A JP 29089996A JP H10133055 A JPH10133055 A JP H10133055A
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JP
Japan
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optical waveguide
optical coupler
optical
dielectric layer
prism
Prior art date
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Pending
Application number
JP8290899A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Minami
功治 南
Yukio Kurata
幸夫 倉田
Naoto Uetsuka
尚登 上塚
Hirobumi Ouchi
博文 大内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Sharp Corp
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd, Sharp Corp filed Critical Hitachi Cable Ltd
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Priority to US08/960,417 priority patent/US6021239A/en
Publication of JPH10133055A publication Critical patent/JPH10133055A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/34Optical coupling means utilising prism or grating
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S359/00Optical: systems and elements
    • Y10S359/90Methods

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the reduction of coupling efficiency and to expand the allowance of the coupling efficiency on an incident position by specifying the taper shape of a 1st dielectric layer. SOLUTION: The photocoupler is constituted of a substrate 3, an optical wave guide 6 consisting of 1st and 2nd dielectric layers 1, 2 having parts of which film thickness is changed like a taper and a prism 4 stuck to the surface of the waveguide 6 by adhesives 5 and capable of making light incident upon the surface of the waveguide 6 at a prescribed angle. The taper shape of the 1st dielectric layer 1 is constituted so that a radiation pattern formed at the time of radiating light of wavelength λ from the optical waveguide part satisfies an inequality an-1 (1-rn )<an (1-rn+1 ) when a radiation coefficient in a section Xn-1 <X<Xn having a part of which film thickness is changed like a taper is αrn . In the inequality, rn =e×p (k0 αrn ΔX), k0 =2π/λand ΔX=Xn -Xn-1 .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光導波路型
光ピックアップの光導波路素子への光結合を行うために
用いられる光結合器及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical coupler used for optically coupling an optical waveguide device of an optical waveguide type optical pickup, for example, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の光結合器の従来一般的なものと
して、光導入手段としてプリズムを備え、このプリズム
によりテーパ構造のない光導波路へ入射光を光結合する
ものが知られている。
2. Description of the Related Art As a conventional optical coupler of this type, there is known an optical coupler provided with a prism as light introducing means and optically coupling incident light into an optical waveguide having no tapered structure by the prism.

【0003】ところで、最近の光導波路型光ピックアッ
プでは、記録/再生のより精細化を図るためにビームス
ポット径の一層の小径化が要請されている。しかるに、
光導波路型光ピックアップに搭載される光結合器では、
結合効率の入射位置に対する許容性は入射ビーム径が小
さくなる(ビームスポット径にして30μm以下)のに
応じて小さくなるという問題がある。このため、ビーム
スポット径の一層の小径化が要請される最近の傾向に対
処するには、この問題を解決する必要がある。
In recent optical waveguide type optical pickups, it is required to further reduce the beam spot diameter in order to achieve more precise recording / reproducing. However,
In an optical coupler mounted on an optical waveguide type optical pickup,
There is a problem that the tolerance of the coupling efficiency with respect to the incident position becomes smaller as the incident beam diameter becomes smaller (the beam spot diameter becomes 30 μm or less). Therefore, it is necessary to solve this problem in order to cope with a recent tendency to further reduce the beam spot diameter.

【0004】そこで、上記問題を解決するものとして、
特開平4−289531号公報に開示されたプリズム結
合器(以下プリズムカプラと称する)がある。このプリ
ズムカプラでは、光導波路の光伝搬方向に伝搬定数(位
相定数を示す実部と、減衰定数を示す虚部をもつ、光導
波路の膜厚や屈折率によって決まる値)を変えて、結合
特性の入射位置に対する許容性を向上する手法を採用し
ている。具体的には、図20に示すように、第2ギャッ
ブ層104をテーパ化する手法を採用している。
[0004] To solve the above problem,
There is a prism coupler (hereinafter, referred to as a prism coupler) disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-289531. In this prism coupler, the coupling characteristic is changed by changing the propagation constant (a value having a real part indicating a phase constant and an imaginary part indicating an attenuation constant, a value determined by the thickness and refractive index of the optical waveguide) in the light propagation direction of the optical waveguide. Is adopted to improve the tolerance to the incident position. Specifically, as shown in FIG. 20, a method of tapering the second gab layer 104 is employed.

【0005】このプリズムカプラは、基板(Si基板)
101の上にSiO2層107を形成し、その上に光導
波路層102及び第1ギャップ層103を積層した後、
第1ギャップ層103の上に積層される第2ギャップ層
104をテーパ化し、テーパ化された第2ギャップ層1
04にプリズム106を接着した構造になっている。
This prism coupler is a substrate (Si substrate)
After forming an SiO 2 layer 107 on the substrate 101 and laminating the optical waveguide layer 102 and the first gap layer 103 thereon,
The second gap layer 104 laminated on the first gap layer 103 is tapered, and the tapered second gap layer 1 is formed.
The structure is such that a prism 106 is adhered to the substrate 04.

【0006】ここで、第2ギャップ層104は光導波路
の表面にプリズムを押し付けてプリズムカプラを形成し
たときのプリズム304のエッジ(エッジ面)306
(図21参照)に相当する機能を持ち、第1ギャップ層
103が空気ギャップの役割を果たし光結合を成立させ
ている。
Here, the second gap layer 104 forms an edge (edge surface) 306 of the prism 304 when the prism is pressed against the surface of the optical waveguide to form a prism coupler.
(See FIG. 21), and the first gap layer 103 serves as an air gap to establish optical coupling.

【0007】なお、図21はプリズムを光導波路に圧着
するタイプのプリズムカプラを示しており、図中301
は第1誘電体層、302は第2誘電体層、303は基
板、304はプリズム、305は光導波路、306はプ
リズムのエッジである。
FIG. 21 shows a prism coupler of a type in which a prism is crimped to an optical waveguide.
Is a first dielectric layer, 302 is a second dielectric layer, 303 is a substrate, 304 is a prism, 305 is an optical waveguide, and 306 is an edge of the prism.

【0008】ここで、プリズムカプラ等の光結合器で
は、光結合器から光が出て行く場合の放射パターンに合
致する入射光に対して最も高い効率で結合する性質があ
るため、図20のプリズムカプラでは第2ギャップ層1
04のテーパ化により、放射パターンを所望の形に変え
ている。具体的には、第2ギャップ層104をテーパ化
(1:1000以上の緩やかなテーパ部分を形成)し、
このプリズムカプラで光を取り出すときの放射パターン
を、一様な強さで光導波路の伝搬方向でほぼ一様に放射
するような形にして(換言すれば入射位置変化にかかわ
らず放射パターンの強さがほぼ一定になるような放射パ
ターン形状に変形して)大きなビーム径の入射ビームの
結合効率を向上する目的に活用している。
Here, an optical coupler such as a prism coupler has the property of coupling with high efficiency to incident light that matches a radiation pattern when light exits the optical coupler. In a prism coupler, the second gap layer 1
The taper of 04 changes the radiation pattern to the desired shape. Specifically, the second gap layer 104 is tapered (forms a gentle taper of 1: 1000 or more),
The radiation pattern when light is extracted by this prism coupler is formed so as to radiate almost uniformly in the propagation direction of the optical waveguide with uniform intensity (in other words, regardless of the change in the incident position, the intensity of the radiation pattern is increased). It is utilized for the purpose of improving the coupling efficiency of an incident beam having a large beam diameter (by being transformed into a radiation pattern shape in which the radiation pattern becomes almost constant).

【0009】この種のプリズムカプラの他の従来例とし
て、特開平5−45532号公報に開示されたものがあ
る。図22はこのプリズムカプラの構造を示しており、
光導波路層(導波層)がテーパ化されたプリズムカプラ
である。
As another conventional example of this type of prism coupler, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-45532. FIG. 22 shows the structure of this prism coupler.
The optical waveguide layer (waveguide layer) is a tapered prism coupler.

【0010】ここで、特開平5−45532号公報の明
細書中には、結合特性の改善に関する記述はないが、図
22の構造でも、光結合器への入射光の結合特性の入射
位置に対する許容性の向上が期待できる。
[0010] Here, in the specification of Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-45532, there is no description about the improvement of the coupling characteristics. However, even in the structure of FIG. An improvement in acceptability can be expected.

【0011】なお、図22のプリズムカプラは、基板2
01の上にテーパ状に膜厚が変化する部分を持つ光導波
路層202を形成した光導波路上に、底面(光導波路と
接着する側の面)206にギャップ層205を積層した
プリズム204を光導波路層202にほぼ等しい屈折率
の接着剤203で接着して構成されている。
The prism coupler shown in FIG.
A prism 204 having a gap layer 205 laminated on a bottom surface (the surface on the side to be bonded to the optical waveguide) 206 is formed on an optical waveguide on which an optical waveguide layer 202 having a portion whose thickness changes in a tapered shape is formed on the optical waveguide 01. The waveguide layer 202 is bonded with an adhesive 203 having a refractive index substantially equal to that of the waveguide layer 202.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、図20
のプリズムカプラは緩やかなテーパ部分を第2ギャップ
層104に形成して、放射パターンを意識的に変える構
造をしているが、小さなビーム径のビームを入射させる
光結合器として、このプリズムカプラ(但し、テーパ部
分の斜度は変える)を用いた場合には、接着部のエッジ
111と第2ギャップ層104のテーパ部分のエッジ
(テーパ部分と平坦部分との境界)110との距離が結
合特性に多少の影響を与える。
As described above, FIG.
Has a structure in which a gently tapered portion is formed in the second gap layer 104 to intentionally change the radiation pattern. However, this prism coupler is used as an optical coupler for allowing a beam having a small beam diameter to enter. However, when the gradient of the tapered portion is changed), the distance between the edge 111 of the bonding portion and the edge 110 (the boundary between the tapered portion and the flat portion) of the tapered portion of the second gap layer 104 is determined by the coupling characteristic. Has some effect.

【0013】ここで、図20のプリズムカプラでは接着
部のエッジ111の直線性を規定する要素がないため、
第2ギャップ層104のテーパ部分のエッジ110に対
する距離を正確に定めて結合効率を最適化することがで
きない。このため、図20のプリズムカプラでは、小さ
なビーム径のビームを入射させる光結合器として用いる
場合は、結合効率の低下をできるだけ小さくして、その
結合効率の入射位置に対する許容性を拡大することが困
難であるという問題がある。
Here, since the prism coupler shown in FIG. 20 has no element for defining the linearity of the edge 111 of the bonding portion,
The distance between the tapered portion of the second gap layer 104 and the edge 110 cannot be accurately determined to optimize the coupling efficiency. Therefore, when the prism coupler of FIG. 20 is used as an optical coupler for incident a beam with a small beam diameter, it is necessary to minimize the decrease in coupling efficiency as much as possible and expand the tolerance of the coupling efficiency with respect to the incident position. There is a problem that it is difficult.

【0014】加えて、入射ビームに対して最適な結合効
率を得るための入射位置に関しても、接着部のエッジ1
11と光導波路表面との交線に直線性が確保されないこ
とから、入射ビームの光導波路に対する最適な入射位置
を決めるのも困難であるという問題もある。
In addition, regarding the incident position for obtaining the optimum coupling efficiency with respect to the incident beam, the edge 1 of the bonding portion is also required.
There is also a problem that it is difficult to determine an optimal incident position of the incident beam with respect to the optical waveguide since linearity is not ensured at an intersection line between the optical waveguide 11 and the optical waveguide surface.

【0015】更には、第2ギャップ層をテーパ化するに
は、プリズムカプラから所望の放射パターンを得るため
に導波路素子の膜厚を増大する必要がある。このため、
素子設計の自由度が低下したり、膜応力が増加するた
め、精度よく作製しずらいという問題もある。
Further, in order to taper the second gap layer, it is necessary to increase the thickness of the waveguide element in order to obtain a desired radiation pattern from the prism coupler. For this reason,
Since the degree of freedom in element design is reduced and the film stress is increased, there is also a problem that it is difficult to manufacture with high accuracy.

【0016】一方、図22のプリズムカプラでは、単に
光導波路層202をテーパ化しても結合特性の入射位置
に対する許容性を拡大することはできない。以下にその
理由を説明する。
On the other hand, in the prism coupler shown in FIG. 22, the tolerance of the coupling characteristic with respect to the incident position cannot be expanded even if the optical waveguide layer 202 is simply tapered. The reason will be described below.

【0017】まず、前提として、光結合器の結合効率
は、光結合器が光を放射するよう機能した際の放射特性
(光結合器が光導波路から光を取り出す目的で使用され
た場合の光の放射パターン)に、より近い位相及び強度
分布を持つ入射光が入って来たときに高効率になる。
First, it is premised that the coupling efficiency of the optical coupler is determined by the radiation characteristics when the optical coupler functions to emit light (light when the optical coupler is used for extracting light from the optical waveguide). High efficiency when the incident light having a closer phase and intensity distribution enters the radiation pattern).

【0018】そして、光導波路層202をテーパ化する
場合、光結合器のテーパ部分の構造によって、放射パタ
ーンは図23に示すように、単調減少型、変形型のいず
れかになる。ここで、単調減少型の放射パターンは光導
波路層のテーパ化を行わない場合にも得られる放射パタ
ーンで、光導波路へ結合後の光の進行方向の入射位置変
化に対して結合効率が変化しやすい形になっており、変
形型の放射パターンに比べて入射位置に対する許容性が
小さくなる。従って、結合特性の入射位置に対する許容
性を拡大するには、光結合器の放射パターンが入射位置
の変化に対してその強さがほぼ一様になるような形にな
るほうが良く、そのためには、途中に最大点を有し、そ
の両側で緩やかな下り傾斜になるような曲線からなる変
形型の放射パターンを持つことが必要である。
When the optical waveguide layer 202 is tapered, as shown in FIG. 23, the radiation pattern becomes one of a monotonically decreasing type and a deformation type depending on the structure of the tapered portion of the optical coupler. Here, the monotonically decreasing radiation pattern is a radiation pattern obtained even when the optical waveguide layer is not tapered, and the coupling efficiency changes with respect to a change in the incident position in the traveling direction of light after coupling to the optical waveguide. The shape is easy, and the tolerance to the incident position is smaller than that of the modified radiation pattern. Therefore, in order to increase the tolerance of the coupling characteristic with respect to the incident position, it is better that the radiation pattern of the optical coupler is shaped so that its intensity becomes almost uniform with respect to the change of the incident position. It is necessary to have a modified radiation pattern consisting of a curve having a maximum point in the middle and having a gentle downward slope on both sides.

【0019】しかるに、図22のプリズムカプラでは、
この点を考慮してテーパ部分の構造を規定するものでは
ないため上記の理由により、結合効率の入射位置に対す
る許容性を拡大することができないという問題がある。
However, in the prism coupler of FIG.
Since the structure of the tapered portion is not specified in consideration of this point, there is a problem that the tolerance of the coupling efficiency with respect to the incident position cannot be expanded for the above-described reason.

【0020】加えて、図22のプリズムカプラは、光導
波路層202と同じ屈折率の接着剤203で光導波路
に、裏面206にギャップ層205を積層したブリズム
204を接着した構造であるため、プリズム204を光
導波路に接着したときの位置決め誤差が、そのままプリ
ズム204のエッジ208と光導波路層202のテーパ
部分のエッジ207の最適位置関係(結合効率を最大に
する)からの位置ずれ量になる。
In addition, the prism coupler shown in FIG. 22 has a structure in which a bism 204 in which a gap layer 205 is laminated on the back surface 206 is bonded to the optical waveguide with an adhesive 203 having the same refractive index as the optical waveguide layer 202. The positioning error when the 204 is adhered to the optical waveguide becomes the amount of displacement from the optimal positional relationship (maximizing the coupling efficiency) between the edge 208 of the prism 204 and the edge 207 of the tapered portion of the optical waveguide layer 202 as it is.

【0021】更に、図22の光結合器では、接着部20
3の直線性も保証されていないため、プリズム204の
エッジ208と光導波路層202のテーパ部分のエッジ
207の距離を最適化するのが困難であり、かつ光導波
路層202の上に膜厚制御の難しい接着層203が挟ま
ることから、このエッジ間の距離の正確な設定が非常に
困難な構造になっている。
Further, in the optical coupler shown in FIG.
3 is not guaranteed, it is difficult to optimize the distance between the edge 208 of the prism 204 and the edge 207 of the tapered portion of the optical waveguide layer 202, and the film thickness is controlled on the optical waveguide layer 202. Since the adhesive layer 203, which is difficult to achieve, is sandwiched, it is very difficult to accurately set the distance between the edges.

【0022】上記した理由により、図22のプリズムカ
プラでは、結合効率の低下をできるだけ小さくして、そ
の結合効率の入射位置に対する許容性を拡大することは
困難である。
For the reasons described above, in the prism coupler of FIG. 22, it is difficult to reduce the coupling efficiency as much as possible and to expand the tolerance of the coupling efficiency with respect to the incident position.

【0023】このように、従来のプリズムカプラでは、
結合効率の低下をできるだけ小さくして、その結合効率
の入射位置に対する許容性を拡大することが困難であっ
たため、記録/再生のより精細化を図るためにビームス
ポット径の一層の小径化が要請される最近の技術傾向に
対処できないという問題があった。
As described above, in the conventional prism coupler,
Since it was difficult to reduce the coupling efficiency as much as possible and expand the tolerance of the coupling efficiency with respect to the incident position, it is required to further reduce the beam spot diameter in order to achieve more precise recording / reproduction. There is a problem that can not cope with recent technological trends.

【0024】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、光結合器への入射光の結合効率の低下をで
きるだけ小さくして、その結合効率の入射位置に対する
許容性を拡大でき、記録/再生のより精細化を図るため
にビームスポット径の一層の小径化が要請される最近の
技術傾向に対処することができる光結合器及びその製造
方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to minimize the decrease in the coupling efficiency of the incident light to the optical coupler and to increase the tolerance of the coupling efficiency with respect to the incident position. It is an object of the present invention to provide an optical coupler that can cope with recent technical trends that require a smaller beam spot diameter in order to achieve more precise recording / reproduction, and a method of manufacturing the same.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】本発明の光結合器は、基
板、該基板上に積層され、入射した光が結合後進行する
X軸方向に膜厚がテーパ形状に変化する部分を有する第
1誘電体層及び該第1誘電体層の上に積層された第2誘
電体層で構成される光導波路を有し、該光導波路上に接
着部を介して接着された光導入手段により光を該光導波
路の表面に所定角度で入射させる光結合器であって、
該接着部に、該光導波路の表面との交線が直線となり、
かつ該光導入手段と該光導波路の表面とのいずれにも接
しない部分を有するエッジ面が形成され、該第1誘電体
層の膜厚がテーパ形状に変化する部分のある区間Xn-1
<X<Xnでの放射係数をαrnとし、該接着部の該エッ
ジ面からの距離がXnの位置での振幅をanとしたとき、
該光結合器を用いて波長λの光を該光導波路から放射す
る際の放射パターンが、下記(1)式の条件を満足する
ように、 an-1(1−rn)<an(1−rn+1) …(1) 但し、 rn=exp(k0αrn△X) k0=2π/λ △X=Xn−Xn-1 該第1誘電体層のテーパ形状を設定しており、そのこと
により上記目的が達成される。
An optical coupler according to the present invention comprises a substrate and a portion laminated on the substrate and having a portion in which a film thickness changes in a tapered shape in an X-axis direction in which incident light proceeds after coupling. An optical waveguide comprising a first dielectric layer and a second dielectric layer laminated on the first dielectric layer, and light is introduced by light introducing means adhered on the optical waveguide via an adhesive portion; An optical coupler that is incident on the surface of the optical waveguide at a predetermined angle,
In the bonding portion, the line of intersection with the surface of the optical waveguide becomes a straight line,
In addition, an edge surface having a portion not in contact with either the light introducing means or the surface of the optical waveguide is formed, and a section X n-1 having a portion where the film thickness of the first dielectric layer changes to a tapered shape.
<The emission coefficient at X <X n and alpha rn, when the distance from the edge surface of the adhesive portion is the amplitude at the position of X n and a n,
As radiation pattern when radiated from the optical waveguide the light of the wavelength λ by using the optical coupler, which satisfies the following conditions (1), a n-1 (1- r n) <a n (1-r n + 1) ... (1) However, r n = exp (k 0 α rn △ X) k 0 = 2π / λ △ X = X n -X n-1 taper of the first dielectric layer The shape is set, thereby achieving the above object.

【0026】好ましくは、前記テーパ形状のテーパ長
t、該第2誘電体層の膜厚s、該第1誘電体層の最大膜
厚D及び最小膜厚dが下記の条件を満足するように 5[μm]<t<15[μm],300[nm]<s<
400[nm],540[nm]<D<600[n
m],320[nm]<d<400[nm] 前記テーパ形状を設定する。
Preferably, the taper length t of the taper shape, the thickness s of the second dielectric layer, the maximum thickness D and the minimum thickness d of the first dielectric layer satisfy the following conditions. 5 [μm] <t <15 [μm], 300 [nm] <s <
400 [nm], 540 [nm] <D <600 [n
m], 320 [nm] <d <400 [nm] The tapered shape is set.

【0027】また、好ましくは、前記接着部のエッジ面
の前記光導波路の表面からの高さhが、入射ビームスポ
ットのエアリー半径をrAとし、該光導波路の表面への
入射角をθ1’としたとき、下記(2)式の条件を満足
するように h>2rA/sinθ1’ …(2) 設定する。
Preferably, the height h of the edge surface of the bonding portion from the surface of the optical waveguide is such that the Airy radius of the incident beam spot is r A, and the incident angle on the surface of the optical waveguide is θ 1. When h is set, h> 2r A / sin θ 1 ′ (2) is set so as to satisfy the condition of the following equation (2).

【0028】また、好ましくは、前記光導入手段として
プリズムを用いる。
[0028] Preferably, a prism is used as the light introducing means.

【0029】また、好ましくは、前記光導入手段として
誘電体板を用いる。
Preferably, a dielectric plate is used as the light introducing means.

【0030】また、好ましくは、前記誘電体板の表面に
無反射コーティングを施す。
Preferably, an antireflection coating is applied to the surface of the dielectric plate.

【0031】また、本発明の光結合器の製造方法は、上
記いずれかに記載の光結合器の製造方法であって、前記
光導波路の表面にフォトレジストを塗布する工程と、該
フォトレジスト上に接着剤注入用の溝を形成する工程
と、該光導波路の表面に光導入手段を位置調整して配置
する工程と、該光導入手段を該光導波路の表面に接着し
て固定する工程と、該フォトレジストを除去する工程と
を包含しており、そのことにより上記目的が達成され
る。
Further, the method for manufacturing an optical coupler according to the present invention is the method for manufacturing an optical coupler according to any one of the above, wherein a step of applying a photoresist to the surface of the optical waveguide; A step of forming a groove for injecting an adhesive, a step of adjusting the position of the light introducing means on the surface of the optical waveguide, and a step of bonding and fixing the light introducing means to the surface of the optical waveguide. And the step of removing the photoresist, thereby achieving the above object.

【0032】また、本発明の光結合器の製造方法は、前
記光導入手段がプリズムである光結合器の製造方法であ
って、前記光導波路の表面にフォトレジストを塗布する
工程と、該フォトレジスト上に接着剤注入用の溝を形成
する工程と、該光導波路の表面に該プリズムを該溝を跨
ぐ形で位置調整して配置する工程と、該光導入手段を該
光導波路の表面に接着して固定する工程と、該フォトレ
ジストを除去する工程とを包含しており、そのことによ
り上記目的が達成される。
Further, the method for manufacturing an optical coupler according to the present invention is a method for manufacturing an optical coupler, wherein the light introducing means is a prism, wherein a step of applying a photoresist to the surface of the optical waveguide, Forming a groove for injecting an adhesive on a resist, arranging the prism on the surface of the optical waveguide by adjusting the position so as to straddle the groove, and placing the light introducing means on the surface of the optical waveguide. The method includes a step of bonding and fixing, and a step of removing the photoresist, whereby the object is achieved.

【0033】好ましくは、上記製造方法において、前記
フォトレジストの厚さwが、下記の条件を満足するよう
に、 w>h 但し、 h:接着部のエッジ面の光導波路の表面からの高さ 設定する。
Preferably, in the above manufacturing method, w> h, where h is the height of the edge surface of the bonding portion from the surface of the optical waveguide so that the thickness w of the photoresist satisfies the following condition. Set.

【0034】また、好ましくは、前記フォトレジスト上
に溝を形成する工程の後処理として、前記光導波路の表
面にRIE処理を行う工程を包含する。
Preferably, the post-process of forming a groove on the photoresist includes a process of performing RIE on the surface of the optical waveguide.

【0035】また、好ましくは、前記光導入手段を前記
光導波路の表面に接着して固定する工程を、光硬化性の
接着剤を用いて行う。
Preferably, the step of adhering and fixing the light introducing means to the surface of the optical waveguide is performed using a photocurable adhesive.

【0036】なお、本発明でいうテーパ形状とは、第1
誘電体層の膜厚の最小部分と最大部分とが直線で結ばれ
る形状のみならず、膜厚が徐々に連続的に変化する形状
も含む概念である。
It should be noted that the tapered shape referred to in the present invention means the first shape.
The concept includes not only a shape in which the minimum and maximum portions of the thickness of the dielectric layer are connected by a straight line, but also a shape in which the film thickness changes gradually and continuously.

【0037】以下に、図1〜図3に基づき本発明の作用
を説明する。
The operation of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0038】図1は本発明の実施形態1に係るプリズム
カプラの構造を示しており、このプリズムカプラは、基
板3と、基板3の上に積層され、膜厚がテーパ状(テー
パ形状)に変化する部分を有する第1誘電体層1及び第
1誘電体層1の上に積層された第2誘電体層2によって
構成される光導波路6と、その表面に接着剤(接着部)
5によって接着され、所定の角度で光を光導波路6の表
面に入射させるプリズム4とで構成されている。
FIG. 1 shows the structure of a prism coupler according to Embodiment 1 of the present invention. The prism coupler is laminated on a substrate 3 and has a tapered (tapered) film thickness. An optical waveguide 6 composed of a first dielectric layer 1 having a changing portion and a second dielectric layer 2 laminated on the first dielectric layer 1, and an adhesive (adhesive portion) on the surface thereof
And a prism 4 for adhering light to the surface of the optical waveguide 6 at a predetermined angle.

【0039】ここで、第1誘電体層1のテーパ形状は、
上記(1)式の関係を満足する形状に設定されている。
また、図2は、上記(1)式中のrnを示す。但し、rn
は光結合器(プリズムカプラ)が光を放射するように機
能するとき、伝搬距離△Xの間の光の振幅減衰率、即ち
区間Xn-1〜Xnの間を伝搬する間の伝搬光の電界強度の
減衰率を表している。
Here, the tapered shape of the first dielectric layer 1 is
The shape is set to satisfy the relationship of the above equation (1).
FIG. 2 shows r n in the above equation (1). Where r n
When the optical coupler (prism coupler) functions to emit light, the amplitude attenuation rate of the light during the propagation distance ΔX, that is, the propagating light during the propagation between the sections X n-1 to X n Represents the rate of attenuation of the electric field strength of FIG.

【0040】(1)式を満たすようにテーパ形状を定め
た場合、後述する理由により、放射パターンは図23に
示す変形型になる。
When the tapered shape is determined so as to satisfy the expression (1), the radiation pattern becomes a deformation type shown in FIG. 23 for the reason described later.

【0041】ここで、放射係数αrnは、以下の(3a)
式〜(3d)式からなる(3)式(方程式)の解(複素
数の解を持つ)βTE、βTMの虚部として求めることがで
きる。
Here, the radiation coefficient α rn is given by the following (3a)
It can be obtained as the imaginary part of the solution (having a complex number solution) β TE and β TM of equation (3) consisting of equations (3) to (3d).

【0042】[0042]

【数1】 (Equation 1)

【0043】但し、上記(3)式は、図21のように屈
折率nsの基板303上に膜厚q、屈折率n1の第1誘電
体層301、厚さs、屈折率n2の第2誘電体層302
を積層した光導波路305とし、屈折率nbのプリズム
304を押し付けてプリズムカプラを構成した場合に成
り立つ方程式であり、図1のプリズムカプラの第1誘電
体層1のテーパ部8のある区間(xn-1<x<xn)での
放射係数αrnは、同区間での平均の膜厚をdnとして、
図21で空隙がない状態で、かつプリズム304が接着
部5と置き換わった状態(h=0)において、式(3)
の中でq=dnとしたときの解として求めることができ
る。なお、以後nbは接着部5の屈折率を表記する記号
として用いる。
However, the above equation (3) shows that the first dielectric layer 301 having a film thickness q and a refractive index n 1 , a thickness s and a refractive index n 2 are formed on a substrate 303 having a refractive index n s as shown in FIG. Second dielectric layer 302
And an optical waveguide 305 formed by laminating a equation holds in the case where the prism coupler is pressed against a prism 304 having a refractive index n b, a first dielectric layer 1 of the taper portion 8 of the prism coupler of FIG 1 interval ( x n-1 <emission coefficient alpha rn at x <x n) is the thickness of the average in the same section as d n,
In FIG. 21, when there is no gap and the prism 304 is replaced with the bonding portion 5 (h = 0), the equation (3) is used.
It can be obtained as a solution when the q = d n in. Hereafter, n b is used as a symbol indicating the refractive index of the bonding portion 5.

【0044】また、光結合器の結合効率は、入射ビーム
のプロファイル(ガウス分布状の振幅分布とする)に対
して光結合器の放射パターンがどの程度合致するかと、
入射光の位相定数と光結合器固有の位相定数(式(3)
の実部)の位相ずれの程度により決定され、具体的には
図23で示す光結合器の放射パターンに位相成分exp
{−jB(x)x}を乗じた関数と、入射ビームの振幅
分布を与える関数fi(x)との重なり積分で概ね正し
く求めることができる。
The coupling efficiency of the optical coupler depends on how much the radiation pattern of the optical coupler matches the profile of the incident beam (assuming a Gaussian amplitude distribution).
The phase constant of the incident light and the phase constant specific to the optical coupler (Equation (3)
23. More specifically, the phase component exp is added to the radiation pattern of the optical coupler shown in FIG.
It can be obtained almost correctly by an overlap integral of a function multiplied by {−jB (x) x} and a function f i (x) that gives the amplitude distribution of the incident beam.

【0045】但し、B(x)はx軸方向へのβTE又はβ
TMの実部の変化を表す関数であり、関数fi(x)は下
記(4)式で表される。
Where B (x) is β TE or β in the x-axis direction.
This is a function representing the change of the real part of TM , and the function f i (x) is expressed by the following equation (4).

【0046】 fi(x)=exp(−jk0bsinθi’x−4x2/L2) …(4) 但し、 θi’:光導波路表面への入射角 We:光強度1/e2で定義したときの入射ビーム径 L=We/cosθi’ である。[0046] f i (x) = exp ( -jk 0 n b sinθ i 'x-4x 2 / L 2) ... (4) where, theta i': incident angle W e of the optical waveguide surface: light intensity 1 / E 2 , the incident beam diameter L = W e / cos θ i ′.

【0047】従って、光結合器の放射パターンを光導波
路6での光の進行方向にほぼ一様となるような図23に
示す変形型の放射パターンとすれば、光導波路6への結
合効率の入射位置に対する許容性を拡大できることにな
る。
Therefore, if the radiation pattern of the optical coupler is a modified radiation pattern shown in FIG. 23 which is substantially uniform in the light traveling direction in the optical waveguide 6, the coupling efficiency to the optical waveguide 6 can be reduced. The tolerance for the incident position can be expanded.

【0048】ここで、本発明が適用される光結合器で
は、接着部を構成する接着剤、基板、第1誘電体層及び
第2誘電体層の材料としては、それぞれ屈折率1.56
〜1.58、屈折率1.44〜1.46、屈折率1.5
2〜1.56、屈折率1.42〜1.44のものが多用
されるため、テーパ形状のテーパ長t、第2誘電体層の
膜厚s、第1誘電体層の最大膜厚D及び最小膜厚dが下
記の条件を満足するように 5[μm]<t<15[μm],300[nm]<s<
400[nm],540[nm]<D<600[n
m],320[nm]<d<400[nm] 前記テーパ形状を設定すると、上記した作用を奏する光
結合器を実現できる。
Here, in the optical coupler to which the present invention is applied, the adhesive constituting the adhesive portion, the substrate, and the materials of the first dielectric layer and the second dielectric layer are each a refractive index of 1.56.
1.58, refractive index 1.44 to 1.46, refractive index 1.5
Since a material having a refractive index of 2 to 1.56 and a refractive index of 1.42 to 1.44 is frequently used, the taper length t of the taper shape, the thickness s of the second dielectric layer, and the maximum thickness D of the first dielectric layer are set. And 5 [μm] <t <15 [μm] and 300 [nm] <s <so that the minimum film thickness d satisfies the following condition.
400 [nm], 540 [nm] <D <600 [n
m], 320 [nm] <d <400 [nm] When the tapered shape is set, an optical coupler having the above-described operation can be realized.

【0049】また、前記接着部5に光導波路6の表面と
の交線が直線となり、かつ光導入手段、光導波路6の表
面のいずれにも接しない部分を有するエッジ面7を形成
する構成によれば、第1誘電体層1のテーパ部分のエッ
ジと、接着部のエッジ面7と光導波路6の表面との交線
との距離を正確に定めることができる。故に、第1誘電
体層1のテーパ部のエッジと接着部のエッジ面7との距
離の最適値からのずれdxを容易に解消できるので、図
3(a)に示すように、結合効率の低下を最小限に抑制
できる。
Also, an edge surface 7 is formed on the bonding portion 5 so that the line of intersection with the surface of the optical waveguide 6 is straight, and the light introducing means and the edge surface 7 having a portion not in contact with any of the surfaces of the optical waveguide 6. According to this, the distance between the edge of the tapered portion of the first dielectric layer 1 and the intersection line between the edge surface 7 of the bonding portion and the surface of the optical waveguide 6 can be accurately determined. Therefore, the deviation dx of the distance between the edge of the tapered portion of the first dielectric layer 1 and the edge surface 7 of the bonding portion from the optimal value can be easily eliminated, and as shown in FIG. Reduction can be minimized.

【0050】なお、図3(a)に示す結合特性は、図3
(b)に示す供試条件によって得られたものである。
It should be noted that the coupling characteristics shown in FIG.
This was obtained under the test conditions shown in (b).

【0051】また、光導入手段としてプリズムを用い、
接着部のエッジ面の光導波路表面からの高さhを、上記
(2)式を満足するように設定すると、接着剤とプリズ
ム底面との界面での反射によって生じる多重反射光によ
って接着部が薄膜として機能して結合効率が不安定にな
る可能性を完全に除去できる。なお、その詳細について
は後述する。
Further, a prism is used as the light introducing means,
When the height h of the edge surface of the bonding portion from the surface of the optical waveguide is set so as to satisfy the above expression (2), the bonding portion is formed into a thin film by the multiple reflection light generated by the reflection at the interface between the bonding agent and the bottom surface of the prism. And completely eliminates the possibility that the coupling efficiency becomes unstable. The details will be described later.

【0052】また、光導入手段として誘電体板を用いる
構成によれば、誘電体板がプリズムに比べて製造が容易
であるため製造コストを削減できる。
Further, according to the configuration using the dielectric plate as the light introducing means, the production cost can be reduced because the dielectric plate is easier to manufacture than the prism.

【0053】更に、この場合に、誘電体表面に無反射コ
ーティングを施す構成によれは、反射光を低減できる利
点がある。
Further, in this case, according to the configuration in which the antireflection coating is applied to the dielectric surface, there is an advantage that the reflected light can be reduced.

【0054】また、本発明の製造方法によれば、接着剤
のエッジ部分の光導波路表面との交線の位置を、第1誘
電体層のテーパ部のエッジに対し、フォトリソグラフィ
ーの技術で調整できるので、高い精度で接着部のエッジ
の光導波路表面との交線と、第1誘電体層のテーパ部分
のエッジとの距離を定めることができる。また、接着部
のエッジ面と光導波路表面との交線の直線性についても
フォトマスクで実現できるので、高精度の直線性が実現
できる。
Further, according to the manufacturing method of the present invention, the position of the line of intersection of the edge of the adhesive with the surface of the optical waveguide is adjusted with respect to the edge of the tapered portion of the first dielectric layer by photolithography. Therefore, the distance between the line of intersection of the edge of the bonding portion with the optical waveguide surface and the edge of the tapered portion of the first dielectric layer can be determined with high accuracy. In addition, since the linearity of the line of intersection between the edge surface of the bonding portion and the surface of the optical waveguide can be realized by the photomask, highly accurate linearity can be realized.

【0055】また、フォトレジストで形成された溝を跨
ぐ形で、プリズムをフォトレジスト上に配置する構成に
よれば、プリズムがフォトレジスト表面と2カ所で接す
るため、光導波路表面とプリズム底面との平行度を向上
できる。この結果、最適入射角(光結合器への結合効率
が最大となる入射角)で入射した時に、入射面での反射
が最小になるように決められたプリズムの底角φと、光
導波路表面への入射角とがなす角とのずれを小さくでき
る。このため、光結合器への入射角が最適入射角からず
れることによる結合効率の低下を抑制できる。
Further, according to the configuration in which the prism is disposed on the photoresist so as to straddle the groove formed by the photoresist, the prism contacts the photoresist surface at two places, so that the optical waveguide surface and the prism bottom surface are connected to each other. Parallelism can be improved. As a result, when the light is incident at the optimum incident angle (the incident angle at which the coupling efficiency to the optical coupler is the maximum), the base angle φ of the prism determined to minimize the reflection at the incident surface, and the optical waveguide surface Deviation from the angle formed by the incident angle to the light can be reduced. For this reason, it is possible to suppress a decrease in coupling efficiency due to a shift of the incident angle to the optical coupler from the optimum incident angle.

【0056】また、フォトレジストの厚さwと、接着部
のエッジ面の光導波路の表面からの高さhとが、w>h
になるように設定すると、接着部が薄膜として機能する
の防止できる。
The thickness w of the photoresist and the height h of the edge surface of the bonding portion from the surface of the optical waveguide are w> h.
By setting so as to prevent the bonding portion from functioning as a thin film.

【0057】また、フォトレジスト上に溝を形成する工
程の後処理として、RIE処理(酸素プラズマ処理)を
行う構成によれば、フォトレジストの現像液の有機残渣
や、光導波路表面にできた変質層を除去できるので、光
導波路への接着力を強めることができる。
According to the structure in which RIE processing (oxygen plasma processing) is performed as a post-processing for forming a groove on the photoresist, the organic residue of the developing solution of the photoresist and the deterioration formed on the surface of the optical waveguide are formed. Since the layer can be removed, the adhesive strength to the optical waveguide can be increased.

【0058】更に、接着剤に光硬化性の接着剤を用いる
ことで、硬化の時間を短縮でき、硬化過程における調整
位置変化を最小にすることができる。
Further, by using a photocurable adhesive as the adhesive, the curing time can be shortened, and the change in the adjustment position during the curing process can be minimized.

【0059】[0059]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

【0060】(実施形態1)図1〜図3は本発明光結合
器の実施形態1を示す。
(Embodiment 1) FIGS. 1 to 3 show Embodiment 1 of the optical coupler of the present invention.

【0061】〈本実施形態1の光結合器の構造〉本実施
形態1の光結合器は、図1に示すように、基板3の上に
第1誘電体層1及び第2誘電体層2をこの順に所定の厚
みで積層し、これにより光導波路6を形成し、光導波路
6の表面に接着部(接着剤)5を介してプリズム4を接
着した基本構造になっている。即ち、本実施形態1の光
結合器はプリズムカプラである。
<Structure of Optical Coupler of First Embodiment> The optical coupler of the first embodiment has a first dielectric layer 1 and a second dielectric layer 2 on a substrate 3 as shown in FIG. Are laminated in this order with a predetermined thickness, thereby forming an optical waveguide 6, and a basic structure in which a prism 4 is bonded to the surface of the optical waveguide 6 via a bonding portion (adhesive) 5. That is, the optical coupler of the first embodiment is a prism coupler.

【0062】第1誘電体層1は、膜厚がテーパ状に変化
する部分(以下ではテーパ部8と称する)を有する。ま
た、接着部5の図上右側に相当する後端面は光結合用の
エッジ面7になっている。なお、テーパ部8の具体的に
形状については後述する。
The first dielectric layer 1 has a portion where the film thickness changes in a tapered shape (hereinafter referred to as a tapered portion 8). Further, a rear end surface corresponding to the right side in the drawing of the bonding portion 5 is an edge surface 7 for optical coupling. The specific shape of the tapered portion 8 will be described later.

【0063】ここで、光結合器を構成する条件として、
第1誘電体層1の屈折率をn1、第2誘電体層の屈折率
をn2、基板3の屈折率をns、プリズム4の屈折率をn
p及び接着剤5の屈折率をnbとしたとき、各々の屈折率
はn1>n2、n1>ns、nb>n1の関係を満たしている
必要がある。また、接着部5となる接着剤は透明なもの
が好ましい。
Here, the conditions for forming the optical coupler are as follows:
The refractive index of the first dielectric layer 1 is n 1 , the refractive index of the second dielectric layer is n 2 , the refractive index of the substrate 3 is n s , and the refractive index of the prism 4 is n.
when p and the refractive index of the adhesive 5 and n b, respectively the refractive index of the need to meet the n 1> n 2, n 1 > n s, the relationship of n b> n 1. Further, it is preferable that the adhesive used as the bonding portion 5 is transparent.

【0064】また、この光結合器はプリズム4を光導波
路6に接着した形になっているが、プリズム4は光を空
気中から導波層より高い屈折率領域に導く役割をしてい
るだけである。つまり、実際に光結合に関係するのは接
着部5のエッジ面7であり、光の結合原理は次の通りで
ある。
In this optical coupler, the prism 4 is bonded to the optical waveguide 6, but the prism 4 only plays a role of guiding light from the air to a higher refractive index region than the waveguide layer. It is. That is, what actually relates to optical coupling is the edge surface 7 of the bonding portion 5, and the principle of optical coupling is as follows.

【0065】〈光の結合原理〉プリズム4中を通って接
着部5のエッジ面7付近に達する入射光は、接着部5と
第2誘電体層2との境界に全反射の入射角で入射するに
もかかわらず、第2誘電体層2をトンネル効果的に透過
して、第1誘電体層1に入る。しかし、基板3側には透
過せず全反射され、光導波路6の表面方向に向かうが、
今度は導波層(第1誘電体層1)の上方に第2誘電体層
2と接する接着部がないので、そこで再び全反射され、
以後光は全反射を繰り返して伝搬していく。
<Principle of Light Coupling> The incident light that reaches the vicinity of the edge surface 7 of the bonding portion 5 through the prism 4 is incident on the boundary between the bonding portion 5 and the second dielectric layer 2 at an incident angle of total reflection. Nevertheless, the light passes through the second dielectric layer 2 in a tunnel effect and enters the first dielectric layer 1. However, the light is not totally transmitted to the substrate 3 side but is totally reflected, and goes to the surface direction of the optical waveguide 6.
This time, since there is no adhesive portion in contact with the second dielectric layer 2 above the waveguide layer (the first dielectric layer 1), it is totally reflected there again,
Thereafter, the light propagates by repeating total reflection.

【0066】〈本実施形態1の光結合器の構成材料〉以
下に図1の光結合器の構成材料について説明する。基板
3は光結合器を形成する光導波路素子の用途に従って変
わり、ガラス基板のような単なる誘電体基板の他、受光
素子と一体化した光導波路素子の光結合器として用いる
場合のようにSi基板上に誘電体層(PSG[リンドー
プけい酸硝子]、SiO2、SOG[スピンコート可能
なガラス材料]等)が形成された基板を用いる。
<Constituent Materials of Optical Coupler of First Embodiment> The constituent materials of the optical coupler of FIG. 1 will be described below. The substrate 3 changes according to the use of the optical waveguide element forming the optical coupler, and is not limited to a simple dielectric substrate such as a glass substrate, but also an Si substrate as used as an optical coupler of an optical waveguide element integrated with a light receiving element. A substrate on which a dielectric layer (PSG [phosphorus-doped silicate glass], SiO 2 , SOG [glass material capable of spin coating], etc.) is formed is used.

【0067】また、第1誘電体層1は、光結合器を形成
する光導波路素子の導波層によって変わり、光導波路素
子の導波層の材料として知られているSiONやコーニ
ング社の商品名#7059ガラス等が材料となりうる。
本実施形態1及び以下の実施形態では、第1誘電体層1
の材料として、コーニング社の商品名#7059ガラス
を用いている。
The first dielectric layer 1 is changed depending on the waveguide layer of the optical waveguide element forming the optical coupler, and is made of SiON known as a material of the waveguide layer of the optical waveguide element or a product name of Corning Corporation. # 7059 glass or the like can be a material.
In the first embodiment and the following embodiments, the first dielectric layer 1
As the material for the glass, Corning's trade name # 7059 glass is used.

【0068】第2誘電体層の屈折率n2は、第1誘電体
層1の屈折率n1より低いことが条件であるから、例え
ば、第1誘電体層1としてコーニング社の商品名#70
59ガラスを用いた場合、第2誘電体層2の材料には、
これより屈析率の低いSiO2、SOG等を用いる。
The refractive index n 2 of the second dielectric layer must be lower than the refractive index n 1 of the first dielectric layer 1. 70
When 59 glass is used, the material of the second dielectric layer 2 includes:
SiO 2 , SOG, etc., having a lower refraction rate than this, are used.

【0069】なお、図2及び図3の内容については、上
記作用のところで説明したので、ここでは省略する。
The contents of FIGS. 2 and 3 have been described in connection with the above operation, and therefore will not be described here.

【0070】(実施形態2)図4は本発明光結合器の実
施形態2を示す。本実施形態2の光結合器は、基板13
として、フォトダイオードを形成した場合のようにSi
基板20上に誘電体層21として、屈折率ns=1.4
4のSiO2層を形成した基板を用いている。本実施形
態2では、第1誘電体層11は、屈折率n1=1.53
の#7059ガラスを用い、第2誘電体層12は、その
屈折率n2がn1,np,nbより小さいSiO2(n2
1.43)を用いている。これらにより光導波路16が
構成される。但し、ここでの屈折率の値、及び以下に示
す屈折率の値は入射光の波長が780[nm]の場合の
測定値をもとにしている。
(Embodiment 2) FIG. 4 shows Embodiment 2 of the optical coupler of the present invention. The optical coupler according to the second embodiment includes a substrate 13
As in the case of forming a photodiode,
The refractive index n s = 1.4 as the dielectric layer 21 on the substrate 20
A substrate on which an SiO 2 layer of No. 4 was formed was used. In the second embodiment, the first dielectric layer 11 has a refractive index n 1 = 1.53.
The second dielectric layer 12 is made of SiO 2 (n 2 = n 2) whose refractive index n 2 is smaller than n 1 , n p and n b.
1.43). These constitute the optical waveguide 16. However, the values of the refractive index and the values of the refractive index shown below are based on the measured values when the wavelength of the incident light is 780 [nm].

【0071】〈プリズムの屈折率と接着剤の屈折率との
設定方法〉実施形態2の光結合器を例にとって、以下に
プリズムの屈折率と接着剤の屈折率との設定方法につい
て説明する。
<Method of Setting Refractive Index of Prism and Refractive Index of Adhesive> A method of setting the refractive index of the prism and the refractive index of the adhesive will be described below, taking the optical coupler of the second embodiment as an example.

【0072】プリズム14の屈析率npについては、
1,n2,nsより大きいことが好ましく、プリズム1
4と接着部15との界面での反射を抑制するため、接着
剤の屈折率nbと同じか、これに近いことがより好まし
い。例えば、図4に示すように、θbiをプリズム14と
接着部15との界面への入射角とし、プリズム14と接
着部15との界面での反射率を所望の値R以下に抑制し
ようとする場合は、接着剤5の屈折率nbを下記(5)
式及び(6)式を満たすように定める必要がある。
Regarding the refractive index n p of the prism 14,
n 1 , n 2 , and n s , and the prism 1
4 and for suppressing the reflection at the interface between the adhesive portion 15, or the same as the refractive index n b of the adhesive, more preferably close to this. For example, as shown in FIG. 4, θ bi is an incident angle at the interface between the prism 14 and the bonding portion 15, and the reflectance at the interface between the prism 14 and the bonding portion 15 is suppressed to a desired value R or less. In this case, the refractive index n b of the adhesive 5 is set to the following (5)
It is necessary to determine so as to satisfy Expression (6) and Expression (6).

【0073】 [npcosθbi−(nb 2−np 2sin2θbi1/22 /[npcosθbi−(nb 2−np 2sin2θbi1/22>R …(5) [nbcosθbi−(np/nb)・(nb 2−np 2sin2θbi1/22 /[nbcosθbi−(np/nb)・(nb 2−np 2sin2θbi1/22>R …(6) 従って、屈折率npが1.57のプリズム(例えば硝材
LF5(小原光学硝子製造所の商品名)を用いた場合、
プリズム14と接着部15との界面での反射をほぼ0に
するため、接着剤5には、その屈折率nbがプリズムの
屈折率np(=1.57)に近い接着剤を用いる。例え
ば、ロックタイト社のUV硬化性接着剤LX−2310
C等はこの条件にあてはまる。
[N p cos θ bi − (n b 2 −n p 2 sin 2 θ bi ) 1/2 ] 2 / [n p cos θ bi − (n b 2 −n p 2 sin 2 θ bi ) 1/2 ] 2 > R (5) [n b cos θ bi − (n p / n b ) · (n b 2 −n p 2 sin 2 θ bi ) 1/2 ] 2 / [n b cos θ bi − (n p / N b ) · (n b 2 −n p 2 sin 2 θ bi ) 1/2 ] 2 > R (6) Therefore, a prism having a refractive index n p of 1.57 (for example, glass material LF5 (manufactured by Ohara Optical Glass Co., Ltd.) Product name),
In order to make the reflection at the interface between the prism 14 and the bonding portion 15 almost zero, an adhesive whose refractive index n b is close to the refractive index n p (= 1.57) of the prism is used as the adhesive 5. For example, Loctite UV curable adhesive LX-2310
C and the like apply to this condition.

【0074】〈接着部のエッジ面の形状〉接着部15の
エッジ面17は光導波路16との交線が直線となるよう
に形成する。これにより、接着部15のエッジ面17を
形成する位置を光導波路16の第1誘電体層11のテー
パ部18のエッジ19に対して正確に定める条件が満た
され、接着部15のエッジ面17と光導波路16におけ
る第1誘電体層11のテーパ部18のエッジ19との距
離を結合効率が最大になるように定めることができるか
らである。
<Shape of Edge Surface of Adhesive Portion> The edge surface 17 of the adhesive portion 15 is formed such that the line of intersection with the optical waveguide 16 is straight. This satisfies the condition for accurately determining the position where the edge surface 17 of the bonding portion 15 is formed with respect to the edge 19 of the tapered portion 18 of the first dielectric layer 11 of the optical waveguide 16. This is because the distance between the optical waveguide 16 and the edge 19 of the tapered portion 18 of the first dielectric layer 11 in the optical waveguide 16 can be determined so as to maximize the coupling efficiency.

【0075】〈テーパ部のテーパ形状〉図4に示すよう
に、実施形態2のテーパ部18のテーパ形状は、長さが
t、厚さがdからDまで(D>d)変化する直線状のテ
ーパ部である。テーパ部18のエッジ19と接着部5の
エッジ面17との位置は必ずしも一致しなくともよい
が、本実施形態2では、結合効率が最大になるように光
結合器のテーパ部18のエッジ19の位置と接着部15
のエッジ面17の位置を一致させている。
<Taper Shape of Tapered Portion> As shown in FIG. 4, the tapered shape of the tapered portion 18 according to the second embodiment is a linear shape having a length t and a thickness varying from d to D (D> d). Is a tapered portion. The position of the edge 19 of the tapered portion 18 and the position of the edge surface 17 of the bonding portion 5 do not necessarily have to match, but in the second embodiment, the edge 19 of the tapered portion 18 of the optical coupler is maximized so that the coupling efficiency is maximized. Position and bonding part 15
Of the edge surfaces 17 of the two.

【0076】光結合器への入射光の結合効率の入射位置
(接着部15のエッジ面17からプリズム14側への距
離で表す)に対する許容性を拡大するために必要な条件
は、上述のように、プリズムカプラの放射特性が図23
の単調減少型にならず、図23の変形型になることが必
要である。
The conditions necessary to expand the tolerance of the coupling efficiency of the incident light to the optical coupler with respect to the incident position (represented by the distance from the edge surface 17 of the bonding portion 15 to the prism 14) are as described above. FIG. 23 shows the radiation characteristics of the prism coupler.
It is necessary to be not the monotonically decreasing type but the modified type shown in FIG.

【0077】そして、そのためには、入射した光が結合
後進行する方向をx軸とし、第1誘電体層11の膜厚が
テーパ状に変化する部分のある区間(xn-1<x<xn
での放射係数をαrnとし、接着部15のエッジ面17か
らの距離がxnの位置での振幅をanとしたとき、光結合
器を用いて波長λの光を光導波路から放射する際の放射
パターンが、上記(1)式の関係を満たす必要がある。
For this purpose, the direction in which the incident light travels after the coupling is defined as the x-axis, and a section (x n-1 <x <) where the film thickness of the first dielectric layer 11 changes in a tapered shape. xn )
The radiation coefficient is alpha rn at a distance from the edge surface 17 of the adhesive portion 15 when the amplitude at the position of x n and a n, emits from the optical waveguide to light of wavelength λ by using the optical coupler In this case, it is necessary that the radiation pattern satisfies the relationship of the above equation (1).

【0078】ここで、本実施形態2の光結合器を構成す
る各部分の屈折率や膜厚の値、nb=1.57,na
1.0,n2=1.43,n1=1.53,ns=1.4
4、h(図9参照)=0、q=dnをそれぞれ上記
(3)式に当てはめて、放射係数αrnを求め放射パター
ンを計算する。本実施形態2の光結合器では、SiO2
クラッド層(第2誘電体層)12の厚さ(sで表記)が
350[nm]であり、#7059導波層11のテーパ
部18の形状については、膜厚がd=320[nm]か
らD=570[nm]まで変化し、テーパ長tが10
[μm]のテーパとしている(以後、光結合器構造50
1と表す)。ここで、テーパ長tが10[μm]のとき
には、(1)式の関係を満たす図5(a)に示すような
放射パターンが得られる。但し、テーパ長tが20[μ
m]、あるいは30[μm]の場合においても、図5
(a)に示す放射パターンが得られる。
Here, the values of the refractive index and the film thickness of each part constituting the optical coupler of the second embodiment, n b = 1.57, n a =
1.0, n 2 = 1.43, n 1 = 1.53, n s = 1.4
4, h by applying (see FIG. 9) = 0, q = d n to each of the above (3) to calculate the radiation pattern calculated radiation coefficient alpha rn. In the optical coupler of the second embodiment, SiO 2
The thickness (expressed as s) of the cladding layer (second dielectric layer) 12 is 350 [nm], and the thickness of the tapered portion 18 of the # 7059 waveguide layer 11 is d = 320 [nm]. From D to 570 [nm], and the taper length t is 10
[Μm] (hereinafter referred to as an optical coupler structure 50).
1). Here, when the taper length t is 10 [μm], a radiation pattern as shown in FIG. 5A that satisfies the relationship of the expression (1) is obtained. However, the taper length t is 20 μ
m] or 30 [μm], FIG.
The radiation pattern shown in FIG.

【0079】また、テーパ長tが長いほど、結合効率の
入射位置(接着部15のエッジ面17からプリズム14
側への距離で表す)に対する変化は鈍化し、つまり放射
パターンの曲線の傾きが緩やかになり、図6(a)では
30[μm]のテーパ長の場合に結合効率の入射位置に
対する変化が最も鈍化して来る。但し、結合効率の最大
値の低下もこの鈍化によって発生するのでこれを防ぐこ
とが望ましい。
Further, as the taper length t is longer, the incident position of the coupling efficiency (from the edge surface 17 of the bonding portion 15 to the prism 14)
6 (a), the slope of the curve of the radiation pattern becomes gentler. In FIG. 6 (a), the change in the coupling efficiency with respect to the incident position is the largest when the taper length is 30 [μm]. Coming down. However, since a decrease in the maximum value of the coupling efficiency also occurs due to this dulling, it is desirable to prevent this.

【0080】例えば、入射ビームスポット径Lを30
[μm]としたとき結合効率の低下の抑制を考慮した場
合、光結合器の構造を前記の光結合器構造501に定め
た結合効率の入射位置に対する許容性が結合効率の低下
をできるだけ小さくした上で拡大される。以下に図24
(a),(b)の従来例との比較結果を示す。
For example, if the incident beam spot diameter L is 30
When the suppression of the decrease in the coupling efficiency is taken into consideration when [μm] is considered, the tolerance of the coupling efficiency for the incident position of the optical coupler structure defined in the optical coupler structure 501 minimizes the decrease in the coupling efficiency. Expanded above. Figure 24 below
(A) and (b) show the results of comparison with the conventional example.

【0081】本実施形態2による光結合器構造501の
入射位置に対する許容性(結合効率60%以上で定義)
は、#7059導波層11をテーパ化しないで入射ビー
ムスポット径L=30[μm]に対して結合効率が最大
となるように構造を最適化した図24の光結合器の放射
特性(図24(b))と比較すると、結合効率が最大と
なる最適入射位置からの許容性に関して±7.5[μ
m](図24(b)参照)から±9[μm](図6
(a)参照)に拡大される。
Tolerance to the incident position of the optical coupler structure 501 according to the second embodiment (defined as coupling efficiency of 60% or more)
The radiation characteristics of the optical coupler shown in FIG. 24 in which the structure is optimized so that the coupling efficiency is maximized with respect to the incident beam spot diameter L = 30 [μm] without tapering the # 7059 waveguide layer 11 (see FIG. 24 (b)), the tolerance from the optimum incident position where the coupling efficiency is maximized is ± 7.5 [μ].
m] (see FIG. 24 (b)) to ± 9 [μm] (see FIG.
(See (a)).

【0082】更に、図5(b)に示すように、SiO2
クラッド層12の厚さsが350[nm]であり、#7
059導波層11に厚さがd=400[nm]からD=
570[nm]まで変化し、テーパ長tが10[μm]
(又は20[μm]、30[μm])のテーパを持つ光
結合器の構造でも、図5(a)同様の放射パターンが得
られ、図6(b)に示すように結合効率の入射位置に対
する許容性が拡大される。
[0082] Further, as shown in FIG. 5 (b), SiO 2
The thickness s of the cladding layer 12 is 350 [nm], and # 7
Since the thickness of the 059 waveguide layer 11 is d = 400 [nm] and D =
570 [nm] and the taper length t is 10 [μm]
Even with a structure of an optical coupler having a taper of 20 [μm] or 30 [μm], a radiation pattern similar to that shown in FIG. 5A can be obtained, and as shown in FIG. Tolerance is expanded.

【0083】ここで、上記光結合器の構造の中で、テー
パ長tが10[μm]の場合(以後、光結合器構造50
2と表す)には、結合効率の低下をできるだけ小さくし
た上で、結合効率の入射位置に対する許容性を拡大でき
る。具体的には、入射ビームスポット径Lを30[μ
m]としたときの入射位置に対する許容性(結合効率が
60%以上で定義)で見たとき、図24の光結合器の放
射パターン(図24(b)参照)と比較すると、最適入
射位置からの許容性は±7.5[μm](図24(b)
参照)から±9[μm](図6(b)参照)に拡大され
る。
Here, in the structure of the optical coupler, when the taper length t is 10 [μm] (hereinafter the optical coupler structure 50)
2), it is possible to increase the tolerance of the coupling efficiency with respect to the incident position while minimizing the decrease in the coupling efficiency. Specifically, the incident beam spot diameter L is set to 30 [μ
m], the optimum incidence position is compared with the radiation pattern of the optical coupler shown in FIG. 24 (see FIG. 24 (b)) in terms of the tolerance to the incidence position (defined by the coupling efficiency of 60% or more). Is ± 7.5 [μm] (FIG. 24 (b)
) To ± 9 [μm] (see FIG. 6B).

【0084】〈プリズム形状〉プリズムの形状ついて
は、図4に示すような台形状のプリズムの場合、プリズ
ム14の底角φを下記(7)式で表されるθopに概ね等
しくすることで、TEモード偏光、TMモード偏光それ
ぞれの最適な入射方向にプリズムの斜面がほぼ垂直にな
り、結合効率をTEモード偏光、TMモード偏光間でほ
ぼ等しく、かつ最大に近付けることができる。
<Prism Shape> With respect to the shape of the prism, in the case of a trapezoidal prism as shown in FIG. 4, the base angle φ of the prism 14 is made substantially equal to θ op expressed by the following equation (7). The slopes of the prisms are almost perpendicular to the optimal incident directions of the TE mode polarized light and the TM mode polarized light, respectively, so that the coupling efficiency between the TE mode polarized light and the TM mode polarized light is almost equal and approaches the maximum.

【0085】θop=(θTE+θTM)/2 …(7) (7)式で、θTE、θTMはそれぞれTEモード偏光、T
Mモード偏光の結合効率が最大となる場合の光導波路1
6の表面への入射角θi’を表すものである。これら
の、θTE、θTMはテーパ形状に依存して変化する結合効
率の入射角特性(図7参照)から決められる値であるた
め、プリズムの底角φも、テーパ構造の変化に対応して
変化する。前記の光結合器構造501に対しては、図7
からθTE=68.4°、θTM=68.0°と求められ、
プリズムの底角φは68.2°(=θop)となる。
Θ op = (θ TE + θ TM ) / 2 (7) In the equation (7), θ TE and θ TM are TE mode polarized light and T
Optical waveguide 1 when coupling efficiency of M-mode polarized light is maximized
6 represents the incident angle θ i ′ on the surface. Since these θ TE and θ TM are values determined from the incident angle characteristic (see FIG. 7) of the coupling efficiency that changes depending on the taper shape, the base angle φ of the prism also corresponds to the change in the taper structure. Change. For the optical coupler structure 501, FIG.
From θ TE = 68.4 ° and θ TM = 68.0 °,
The base angle φ of the prism is 68.2 ° (= θ op ).

【0086】従って、光結合器構造501に対しては、
光結合器に対する入射角θiを68.2°とすること
で、最も良い結合特性を得ることができる。一方、光結
合器構造502に対しても、図7からθTE=69.3
°、θTM=68.9°と求められ、プリズムの底角φは
69.1°となり、光結合器に対する入射角θiを6
9.1°とすることで、最も良い結合特性を得ることが
できる。
Therefore, for the optical coupler structure 501,
By setting the incident angle θ i to the optical coupler to 68.2 °, the best coupling characteristics can be obtained. On the other hand, also for the optical coupler structure 502, FIG. 7 shows that θ TE = 69.3.
°, θ TM = 68.9 °, the base angle φ of the prism is 69.1 °, and the incident angle θ i to the optical coupler is 6
By setting the angle to 9.1 °, the best coupling characteristics can be obtained.

【0087】ここで、プリズムの形状は、光の入射方向
に対して反射による損失が最も小さくなるように定めれ
ば良く、テーパ形状に対応して変えればよい。加えて、
図1、図4の形状以外に、図8に示すように全反射させ
て入射させる形状のプリズム22を用いることも可能で
ある。
Here, the shape of the prism may be determined so as to minimize the loss due to reflection in the light incident direction, and may be changed in accordance with the tapered shape. in addition,
In addition to the shapes shown in FIGS. 1 and 4, it is also possible to use a prism 22 having a shape that is totally reflected and made incident as shown in FIG.

【0088】なお、図8において、プリズム22以外の
部分については、図4と対応する部分に同一の符号を付
してある。
In FIG. 8, portions other than the prism 22 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

【0089】〈接着部のエッジ面の高さhの定め方〉次
に、図9に基づき接着部15に形成されるエッジ面17
の光導波路16の表面からの高さhの定め方について説
明する。本実施形態2の光結合器では、接着部15のエ
ッジ面17に対してプリズム14、あるいは接着部15
の一部が、接着部15のエッジ面17と光導波路16の
表面との交線の位置から長さPLだけ迫り出している場
合に(図1、図9参照;但し、図9は接着剤15がプリ
ズム14の光導波路16に面する側に付着した場合を示
す)光導波路16表面からの高さhが十分でないと、接
着部15の一部、あるいはプリズム14等の高屈折率領
域(第2誘電体層12、第1誘電体層11より高い屈折
率の領域)に向かって、光導波路16に結合した光、即
ち導波光が図9のように透過していき(再結合し)、結
合効率が低下する。
<How to determine the height h of the edge surface of the bonding portion> Next, the edge surface 17 formed on the bonding portion 15 will be described with reference to FIG.
How to determine the height h from the surface of the optical waveguide 16 will be described. In the optical coupler of the second embodiment, the prism 14 or the adhesive 15
Are protruding by a length P L from the position of the intersection between the edge surface 17 of the bonding portion 15 and the surface of the optical waveguide 16 (see FIGS. 1 and 9; FIG. This shows a case where the agent 15 adheres to the side of the prism 14 facing the optical waveguide 16) If the height h from the surface of the optical waveguide 16 is not sufficient, a part of the bonding portion 15 or a high refractive index region such as the prism 14 The light coupled to the optical waveguide 16, that is, the guided light is transmitted toward the (dielectric region having a higher refractive index than the second dielectric layer 12 and the first dielectric layer 11) as shown in FIG. ), The coupling efficiency decreases.

【0090】従って、再結合の影響を除去するために
は、プリズム14あるいは接着部15の一部のはみ出し
た長さをPLとし、第1誘電体層11の膜厚が最大値D
になったときのTE、TMそれぞれの偏光に対する上記
(3)式で表される方程式の解βTE、βTMの虚部である
放射係数のうち絶対値が大きい方をαrD(hの関数)と
したとき、接着部15のエッジ面17の光導波路表面1
6からの高さhが下記(8)式の条件を満たすことが好
ましい。
Therefore, in order to eliminate the influence of recombination, the length of the protruding part of the prism 14 or the bonding portion 15 is set to P L and the film thickness of the first dielectric layer 11 is set to the maximum value D.
TE, TM solutions beta TE equations represented by equation (3) for each polarization, a function of the the larger absolute value alpha rD (h among the emission coefficient is the imaginary part of the beta TM when it becomes ), The optical waveguide surface 1 on the edge surface 17 of the bonding portion 15
It is preferable that the height h from 6 satisfies the condition of the following expression (8).

【0091】1−exp(k0αrDL)≒1 …(8) 上記(8)式の条件を満たせば、再結合による結合効率
の低下をなくせるエッジ面高さを確保することができる
が、プリズム14、あるいは接着部15の一部が迫り出
していない場合でも、接着剤15の屈折率は周辺温度や
種々の条件で変化するので、プリズム14と光導波路1
6との間の接着部15が薄膜として機能しないように、
接着部15のエッジ面17の高さを決めるほうがより好
ましい。ここで、プリズム14と光導波路16との間の
接着部15が薄膜として機能しない条件は、多重反射を
抑制できるように高さhを定めることであり、入射ビー
ムスポットのエアリディスクの半径rAを基準にして、
エアリディスク内の多重反射を除去すれば、プリズム1
4と光導波路16との間の接着部15が薄膜として機能
する可能性をほぼ完全に除去できると考えられる。従っ
て、エッジ面の高さhは下記(2)式の条件を満足する
ように定めることが好ましい。
1-exp (k 0 α rD P L ) ≒ 1 (8) If the condition of the above equation (8) is satisfied, it is possible to secure an edge surface height that can prevent a decrease in coupling efficiency due to recombination. However, even when the prism 14 or a part of the adhesive portion 15 does not protrude, the refractive index of the adhesive 15 changes depending on the ambient temperature and various conditions.
6 so that the bonding portion 15 between the first and sixth does not function as a thin film.
It is more preferable to determine the height of the edge surface 17 of the bonding portion 15. Here, the condition that the bonding portion 15 between the prism 14 and the optical waveguide 16 does not function as a thin film is that the height h is determined so as to suppress multiple reflection, and the radius r A of the airy disk of the incident beam spot is set. Based on
By removing multiple reflections in the air disk, the prism 1
It is considered that the possibility that the bonding portion 15 between the optical waveguide 4 and the optical waveguide 16 functions as a thin film can be almost completely eliminated. Therefore, the height h of the edge surface is preferably determined so as to satisfy the condition of the following expression (2).

【0092】h>2rA/sinθi’ …(2) 例えば、本実施形態の光結合器構造501に対しては、
入射ビームスポット径Lが30[μm]のときには集光
レンズのNAはおおよそ0.057と計算できるので、
AはrA=0.61λ(=780nm)/NAより8.
4[μm]となり、図7からθi’を68.2°(=θ
op)と定めた場合、接着部15のエッジ面17の高さh
は上記(2)式の条件から18[μm]以上とする。
H> 2r A / sin θ i ′ (2) For example, for the optical coupler structure 501 of the present embodiment,
When the incident beam spot diameter L is 30 [μm], the NA of the condenser lens can be calculated as approximately 0.057.
r A is calculated from r A = 0.61λ (= 780 nm) / NA.
4 [μm], and FIG. 7 shows that θ i ′ is 68.2 ° (= θ
op ), the height h of the edge surface 17 of the bonding portion 15
Is 18 [μm] or more from the condition of the above equation (2).

【0093】〈実施形態2の光結合器の製造方法〉次
に、光結合器構造501を形成する場合を例にとって、
エッジ面17を形成するためにフォトレジストに形成し
た溝を用いる光結合器の製造工程を図10(a)〜
(g)に従って説明する。
<Method of Manufacturing Optical Coupler of Second Embodiment> Next, taking the case of forming the optical coupler structure 501 as an example,
FIGS. 10A to 10C show a manufacturing process of an optical coupler using a groove formed in a photoresist in order to form an edge surface 17.
Explanation will be given according to (g).

【0094】まず、図10(a)に示すように、基板1
3上に第1誘電体層11及び第2誘電体層12を積層し
てなる光導波路16上にフォトレジスト51を塗布す
る。
First, as shown in FIG.
A photoresist 51 is applied on an optical waveguide 16 formed by laminating a first dielectric layer 11 and a second dielectric layer 12 on 3.

【0095】ここで、フォトレジスト51の厚さwはエ
ッジ面17の高さに対応し、接着剤15の屈折率は周辺
温度や種々の条件で変化するので、プリズム14と光導
波路16との間の接着部15が薄膜として機能しないよ
う、フォトレジストの厚さwを上記(2)式の条件を満
たすように定め、w>hの関係を満たす下限値18[μ
m]以上塗布することが好ましい。
Here, the thickness w of the photoresist 51 corresponds to the height of the edge surface 17, and the refractive index of the adhesive 15 changes depending on the ambient temperature and various conditions. The thickness w of the photoresist is determined so as to satisfy the condition of the above-mentioned formula (2) so that the bonding portion 15 therebetween does not function as a thin film, and the lower limit value 18 [μ] satisfying the relationship of w> h
m] or more.

【0096】なお、図10では光導波路16のテーパ部
18の形状に沿わない形でフォトレジスト51が塗布さ
れているように示されているが、これはフォトレジスト
51の厚さに比べテーパ部18の膜厚変化が小さいこと
により、塗布後のフォトレジスト51の表面は基板13
表面に対してほぼ平行になることを意味するものであ
る。
Although FIG. 10 shows that the photoresist 51 is applied so as not to conform to the shape of the tapered portion 18 of the optical waveguide 16, the thickness of the photoresist 51 is larger than the thickness of the photoresist 51. 18 is small, the surface of the photoresist 51 after application is
It means that it is almost parallel to the surface.

【0097】次に、同図(b)及び(c)に示すよう
に、フォトレジスト51にパターニングによって接着剤
注入用の溝52を形成する。また、この溝52の形成
後、光導波路16の表面をRIE処理(酸素プラズマ処
理)を行うことで、フォトレジスト51の現像液の有機
残渣や、光導波路16の表面にできた変質層を除去する
ことができる。
Next, as shown in FIGS. 7B and 7C, a groove 52 for injecting an adhesive is formed in the photoresist 51 by patterning. After the formation of the groove 52, the surface of the optical waveguide 16 is subjected to RIE treatment (oxygen plasma treatment) to remove organic residues of the developing solution of the photoresist 51 and the altered layer formed on the surface of the optical waveguide 16. can do.

【0098】次に、同図(d)及び(e)に示すよう
に、プリズム14をそのエッジBがフォトレジスト51
上の溝のエッジCと平行になるように、位置調整装置5
3を用いて位置調整する。調整後、調整された位置に位
置調整装置53で保持したまま、光導波路16に塗布さ
れたフォトレジスト51上にプリズム14を押し付け
る。ここで、フォトレジスト51で形成された溝52を
跨ぐ形で、プリズム14をフォトレジスト51上に置く
と、プリズム14がフォトレジスト51表面と2カ所で
接するため、光導波路表面とプリズム底面との平行度が
良くなる。その結果、最適入射角(光結合器への結合効
率が最大となる入射角)で入射した時に、入射面での反
射が最小になるよう決められたプリズム14の底角φ
と、光導波路16の表面への入射角とがなす角とのずれ
を小さく抑制できる。このため、光結合器への入射角が
最適入射角からずれることによる結合効率の低下を抑制
できる。
Next, as shown in FIGS. 9D and 9E, the edge B of the prism 14 is
Position adjusting device 5 so as to be parallel to edge C of the upper groove.
Adjust the position using 3. After the adjustment, the prism 14 is pressed onto the photoresist 51 applied to the optical waveguide 16 while being held at the adjusted position by the position adjusting device 53. Here, when the prism 14 is placed on the photoresist 51 so as to straddle the groove 52 formed by the photoresist 51, the prism 14 comes into contact with the surface of the photoresist 51 at two places. Parallelism is improved. As a result, the base angle φ of the prism 14 determined so as to minimize the reflection on the incident surface when the light is incident at the optimum incident angle (the incident angle at which the coupling efficiency to the optical coupler is maximized).
And the angle between the angle of incidence and the angle of incidence on the surface of the optical waveguide 16 can be suppressed to a small value. For this reason, it is possible to suppress a decrease in coupling efficiency due to a shift of the incident angle to the optical coupler from the optimum incident angle.

【0099】次に、同図(f)に示すように、接着剤注
入用の溝52にUV硬化性等の光硬化性の接着剤15を
注入し、光照射(UV光の照射)で接着剤15を固化
(キュア)してプリズム14を固定する。ここで、使用
する接着剤15は光硬化性以外のものでもよいが、光硬
化性の接着剤15を用いれば、固定に要する時間が短
く、固定するまでの間のプリズムの位置ずれなどによる
結合効率の低下を低減できる利点がある。
Next, as shown in FIG. 9F, a photo-curable adhesive 15 such as UV-curable is injected into the adhesive injection groove 52, and bonded by light irradiation (UV light irradiation). The agent 15 is solidified (cured) to fix the prism 14. Here, the adhesive 15 to be used may be other than the photo-curable one. However, if the photo-curable adhesive 15 is used, the time required for fixing is short, and the bonding due to the displacement of the prism until the fixing is performed. There is an advantage that reduction in efficiency can be reduced.

【0100】接着剤15とフォトレジスト51の選択
は、これらが接した際に互いに化学的に安定な組合せを
選ぶ。例えば、接着剤15にロックタイト社の商品名L
X−2310Cを用いる場合は、フォトレジスト51と
しては東京応化社のフォトレジスト(商品名ポジ型フォ
トレジストPMER)を選べばよい。
As for the selection of the adhesive 15 and the photoresist 51, a combination chemically stable when they come into contact with each other is selected. For example, the adhesive 15 may have Loctite product name L
In the case of using X-2310C, a photoresist (trade name: positive photoresist PMER) manufactured by Tokyo Ohkasha may be selected as the photoresist 51.

【0101】次に、同図(g)に示すように、プリズム
14を接着固定した後で、フォトレジスト51を除去す
る。
Next, as shown in FIG. 9G, after the prism 14 is fixed by bonding, the photoresist 51 is removed.

【0102】なお、接着剤15と光導波路16との間に
挟まれた部分のフォトレジスト51の除去は、接着剤1
5と光導波路16との間が広いほど速く進むので、接着
剤15と光導波路16との間に挟まれた部分のフォトレ
ジスト51が除去しやすいよう、フォトレジスト51は
厚く塗ることがより好ましい。本実施形態では、粘性の
高いフォトレジスト51を使って厚く塗布している。具
体的には、上記ポジ型フォトレジストPMERを重ねて
塗布して(一層目塗布後、ベークして重ね塗り)、フォ
トレジスト51の厚さwを合計30[μm]としてい
る。この結果、作製される光結合器の接着部15のエッ
ジ面17の高さhは30[μm]となる。
The removal of the portion of the photoresist 51 sandwiched between the adhesive 15 and the optical waveguide 16 is performed by removing the adhesive 1
The larger the distance between the optical waveguide 5 and the optical waveguide 16, the faster the process proceeds. Therefore, it is more preferable to apply the photoresist 51 thickly so that the photoresist 51 in the portion sandwiched between the adhesive 15 and the optical waveguide 16 is easily removed. . In the present embodiment, thick coating is performed using a highly viscous photoresist 51. More specifically, the positive photoresist PMER is applied in a superimposed manner (after the first application, baked and applied repeatedly), and the total thickness w of the photoresist 51 is 30 [μm]. As a result, the height h of the edge surface 17 of the bonding portion 15 of the manufactured optical coupler is 30 [μm].

【0103】以上の製造工程を経て、フォトレジスト5
1の溝形状を写した形で、プリズム14のエッジBに相
当するエッジ面17が接着部15に形成される。
Through the above manufacturing steps, the photoresist 5
An edge surface 17 corresponding to the edge B of the prism 14 is formed on the bonding portion 15 in a form in which the groove shape of 1 is copied.

【0104】この製造方法を用いることで、接着部15
のエッジ面17の光導波路16の表面との交線の直線性
がフォトマスクの直線性に対応する精度で確保され、か
つ図4の光結合器において接着部15のエッジ面17と
第1誘電体層(#7059導波層)11のテーパ部18
のエッジ部19との位置合わせを高い精度で行うことが
できる。
By using this manufacturing method, the bonding portion 15
The linearity of the line of intersection of the edge surface 17 with the surface of the optical waveguide 16 is secured with an accuracy corresponding to the linearity of the photomask, and in the optical coupler of FIG. Tapered portion 18 of body layer (# 7059 waveguide layer) 11
Can be positioned with high accuracy.

【0105】なお、フォトレジスト51のエッジ面は光
導波路16の表面に対して90°に限らず、図11に示
すように、光導波路16の表面に対して90°より小さ
い角度になってもよい。例えば、フォトレジスト51の
エッジ面が光導波路16の表面に対して70°の角度を
なした状態では、光結合器の接着部15のエッジ面17
も光導波路16の表面に対して70°の角をなす。
Note that the edge surface of the photoresist 51 is not limited to 90 ° with respect to the surface of the optical waveguide 16 and may be formed at an angle smaller than 90 ° with respect to the surface of the optical waveguide 16 as shown in FIG. Good. For example, when the edge surface of the photoresist 51 forms an angle of 70 ° with the surface of the optical waveguide 16, the edge surface 17 of the bonding portion 15 of the optical coupler is formed.
Also form an angle of 70 ° with the surface of the optical waveguide 16.

【0106】しかし、エッジ面17の光導波路16の表
面に対する傾斜は光結合器の結合効率を低下させる大き
な問題点にはならない。また、作製時点でのプリズム1
4とフォトレジスト51との密着は完全にできないの
で、接着状態は図11のようにプリズム14の光導波路
16に面する面に接着剤15の一部が余分に付着した状
態になるが、結合効率を低下する要因にはならない。
However, the inclination of the edge surface 17 with respect to the surface of the optical waveguide 16 does not cause a serious problem that lowers the coupling efficiency of the optical coupler. Also, the prism 1 at the time of fabrication
4 cannot be completely adhered to the photoresist 51, the adhesive state is such that a part of the adhesive 15 is excessively adhered to the surface of the prism 14 facing the optical waveguide 16 as shown in FIG. It does not reduce efficiency.

【0107】(実施形態3)図12は本発明光結合器の
実施形態3を示す。本実施形態3の光結合器では、光導
入手段としてプリズムの代わりに誘電体板34を用いて
いる。誘電体板34はプリズムに比べて加工が容易なこ
とから、光結合器の製造コストを低減できる利点があ
る。
(Embodiment 3) FIG. 12 shows Embodiment 3 of the optical coupler of the present invention. In the optical coupler according to the third embodiment, the dielectric plate 34 is used instead of the prism as the light introducing means. Since the dielectric plate 34 is easier to process than a prism, there is an advantage that the manufacturing cost of the optical coupler can be reduced.

【0108】ここで、光結合器の入射原理は、上述の実
施形態2の場合と同じであり、誘電体板34に入射し
て、接着部35中を通過した光は接着部35のエッジ面
37を介して光導波路36に結合する。従って、誘電体
板34を用いた場合も接着部35に光導波路36の表面
から所定の高さhのエッジ面37が形成されていれば、
図4の光結合器と同等の機能を果たすことができる。そ
れ故、本実施形態3の光結合器においても、放射パター
ンが(1)式の条件を満たすように光結合器のテーパ構
造を定めることで、結合効率の入射位置に対する許容性
を拡大できる。
Here, the principle of incidence of the optical coupler is the same as that of the second embodiment, and the light that has entered the dielectric plate 34 and passed through the bonding portion 35 The optical waveguide 36 is coupled to the optical waveguide 36. Therefore, even when the dielectric plate 34 is used, if the edge surface 37 having a predetermined height h from the surface of the optical waveguide 36 is formed on the bonding portion 35,
The same function as the optical coupler of FIG. 4 can be performed. Therefore, also in the optical coupler of the third embodiment, the tolerance of the coupling efficiency with respect to the incident position can be expanded by determining the tapered structure of the optical coupler so that the radiation pattern satisfies the condition of the expression (1).

【0109】具体的には、Si基板40上に屈折率ns
=1.44のSiO2膜41を形成した基板33の上
に、第1誘電体層31として#7059ガラス(屈折率
1=1.53)を積層し、その上に第2誘電体層32
としてSiO2(屈折率n2=1.43)を積層して光導
波路36を形成する。そして、光導波路36の表面に、
誘電体板34を屈折率nbが1.57の接着剤35を用
いて接着して光結合器を構成する。ここで、接着部35
と誘電体板34との屈折率差は小さいほうが好ましく、
接着部35と誘電体板34との境界での反射率をある値
R以下に抑制するには、誘電体板34にほぼ垂直に光が
入射していることから、接着部35を形成する接着剤1
5の屈折率nbと誘電体板34の屈折率npとの間に下記
(9)式の関係が成立するように定める。
Specifically, the refractive index n s on the Si substrate 40
# 7059 glass (refractive index n 1 = 1.53) is laminated as a first dielectric layer 31 on a substrate 33 on which an SiO 2 film 41 of 1.44 is formed, and a second dielectric layer is formed thereon. 32
The optical waveguide 36 is formed by stacking SiO 2 (refractive index n 2 = 1.43). Then, on the surface of the optical waveguide 36,
Refractive index n b of the dielectric plate 34 constituting the optical coupler by bonding with an adhesive 35 of 1.57. Here, the bonding portion 35
It is preferable that the refractive index difference between the
In order to suppress the reflectance at the boundary between the bonding portion 35 and the dielectric plate 34 to a certain value R or less, since the light is incident on the dielectric plate 34 almost perpendicularly, the bonding forming the bonding portion 35 is performed. Agent 1
The following relationship (9) between the refractive index n p of the refractive index n b and a dielectric plate 34 of 5 stipulated to stand.

【0110】 (nb−np2/(nb+np2<R …(9) 例えば、接着剤35として屈折率nbが1.57のUV
硬化性接着剤(ロックタイト社の商品名LX−2310
C)を用いる場合は、nbが1.57であるから、反射
率Rを0にするため、誘電体板には屈折率がnp=1.
57である誘電体板34を用いることが好ましい。
(N b −n p ) 2 / (n b + n p ) 2 <R (9) For example, as the adhesive 35, a UV having a refractive index n b of 1.57
Curable adhesive (trade name LX-2310 of Loctite)
When C) is used, since n b is 1.57, the refractive index R is set to 0, so that the refractive index of the dielectric plate is n p = 1.
It is preferable to use the dielectric plate 34 of 57.

【0111】本実施形態3の光結合器において、np
1.57である誘電体板34を用いるとき、第2誘電体
層32(SiO2クラッド層)の膜厚sを350[n
m]とし、第1誘電体層31(#7059導波層)のテ
ーパ部38の構造を、その膜厚がd=320[nm]か
らD=570[nm]まで変化して、テーパ長tが10
[μm](あるいは20[μm]、30[μm])の構
造にすれば、図12の光結合器でも図5(a)と同じ放
射パターンが得られ、光導入手段にプリズムを用いた場
合と同じ結合効率の入射位置特性(図6(a)参照)が
得られる。
In the optical coupler of the third embodiment, n p =
When the dielectric plate 34 of 1.57 is used, the thickness s of the second dielectric layer 32 (SiO 2 cladding layer) is set to 350 [n
m], and the thickness of the tapered portion 38 of the first dielectric layer 31 (# 7059 waveguide layer) changes from d = 320 [nm] to D = 570 [nm], and the taper length t Is 10
If the structure of [μm] (or 20 [μm], 30 [μm]) is used, the same radiation pattern as that of FIG. 5A can be obtained even with the optical coupler of FIG. The incident position characteristic (see FIG. 6A) having the same coupling efficiency as that described above is obtained.

【0112】特に実施形態2と同様に、テーパ長tを1
0[μm]としたときに、結合効率の入射位置に対する
許容性が、結合効率の低下を抑えた上で拡大され、入射
ビームスポット径Lを30[μm]としたときの入射位
置に対する許容性(結合効率60%以上で定義)は、第
1誘電体層31(#7059導波層)をテーパ化しない
で結合効率を最適化した場合(図24参照)と比較し
て、最適入射位置からの許容性が±7.5[μm]から
±9[μm]に拡大される。
In particular, similarly to the second embodiment, the taper length t is set to 1
When 0 [μm], the tolerance of the coupling efficiency to the incident position is expanded while suppressing the decrease in the coupling efficiency, and the tolerance to the incident position when the incident beam spot diameter L is 30 [μm]. (Defined by coupling efficiency of 60% or more) means that the first dielectric layer 31 (# 7059 waveguide layer) is not tapered to optimize the coupling efficiency (see FIG. 24). Is expanded from ± 7.5 [μm] to ± 9 [μm].

【0113】図12に示すように、本実施形態3の光結
合器では、誘電体板34を、光結合器の最適入射角θop
(上記(7)式で定義)で規定される入射方向に垂直に
なるように(誘電体板34の光導波路表面に対してなす
角φがθopとほぼ同じ角度になるよう)調整、配置す
る。位置調整後、誘電体板34は接着剤で光導波路36
に固定される。
As shown in FIG. 12, in the optical coupler of the third embodiment, the dielectric plate 34 is connected to the optical coupler at the optimum incident angle θ op.
Adjustment and arrangement so as to be perpendicular to the incident direction defined by the above (Formula (7)) (so that the angle φ formed by the dielectric plate 34 with respect to the optical waveguide surface is substantially the same as θ op ). I do. After the position adjustment, the dielectric plate 34 is bonded to the optical waveguide 36 with an adhesive.
Fixed to

【0114】また、接着部35には下記に示す方法でエ
ッジ面37が形成される。本実施形態3でもエッジ面3
7が光導波路36への結合を成立させるから、接着剤3
5に屈折率nbが1.57の接着剤を用いるとき、図1
2の光結合器の入射角特性は図7と同じで、最適な光導
波路表面への入射角θi’も実施形態2の光結合器構造
501の場合と同じになる。従って、誘電体板34の配
置角度φは本実施形態3の場合、θop(=68.2°)
に等しく定める。これにより、光結合器に対する入射角
θiを68.2°とすることで、光結合器の結合特性が
最も良くなる。なお、誘電体板34の表面での反射低減
のため誘電体34の表面には無反射コーティングを行う
ことが望ましい。
Further, an edge surface 37 is formed on the bonding portion 35 by the following method. Also in the third embodiment, the edge surface 3
7 establishes coupling to the optical waveguide 36, the adhesive 3
When an adhesive having a refractive index n b of 1.57 is used for the sample No. 5, FIG.
The incident angle characteristics of the second optical coupler are the same as those in FIG. 7, and the optimal incident angle θ i ′ to the surface of the optical waveguide is the same as that of the optical coupler structure 501 of the second embodiment. Accordingly, in the case of the third embodiment, the arrangement angle φ of the dielectric plate 34 is θ op (= 68.2 °).
Is set equal to Thus, by setting the incident angle θ i to the optical coupler to 68.2 °, the coupling characteristics of the optical coupler become the best. It is preferable that the surface of the dielectric 34 be coated with an anti-reflection coating in order to reduce reflection on the surface of the dielectric plate 34.

【0115】また、他の実施形態として、np=1.5
7である誘電体板34を用い、接着剤35に屈析率nb
=1.57のものを用いた場合で、かつ第2誘電体層3
2(SiO2クラッド層)の膜厚sを350[nm]と
し、第1誘電体層31(#7059導波層)のテーパ部
38の構造を、その膜厚がd=400[nm]からD=
570[nm]まで変化して、テーパ長tが10[μ
m]という構造にした場合でも、実施形態2の光結合器
構造502の結合効率の入射位置に対する許容性の拡大
効果と同じ拡大効果を示す。更に、誘電体板34の配置
角度φを69.1に定めると、光結合器に対する入射角
θiを69.1°とすることで、光結合器の結合特性が
最も良くなる。
In another embodiment, n p = 1.5
A is a dielectric plate 34 7,屈析ratio n b in the adhesive 35
= 1.57 and the second dielectric layer 3
2 (SiO 2 clad layer) is 350 [nm] in thickness, and the structure of the tapered portion 38 of the first dielectric layer 31 (# 7059 waveguide layer) is changed from d = 400 [nm]. D =
570 [nm], and the taper length t becomes 10 [μ].
m], the same expansion effect as the expansion effect of the coupling efficiency of the optical coupler structure 502 of the second embodiment with respect to the incident position is exhibited. Further, when the arrangement angle φ of the dielectric plate 34 is set to 69.1, the coupling characteristic of the optical coupler becomes the best by setting the incident angle θ i to the optical coupler to 69.1 °.

【0116】以上の光結合器構造に対して、光導波路3
6の表面からの接着部のエッジ面37の高さhも、実施
形態2と同じように上記(8)式の条件を満たすように
定めればよい。
For the above optical coupler structure, the optical waveguide 3
The height h of the edge surface 37 of the bonding portion from the surface of No. 6 may be determined so as to satisfy the condition of the above equation (8), as in the second embodiment.

【0117】〈実施形態3の光結合器の製造工程〉次
に、エッジ面37の形成方法を合めて、実施形態3の光
結合器の製造工程を図13(a)〜(g)に従って説明
する。
<Manufacturing Process of Optical Coupler of Third Embodiment> Next, the manufacturing process of the optical coupler of the third embodiment will be described with reference to FIGS. explain.

【0118】まず、図13(a)に示すように、基板3
3の上に第1誘電体層31及び第2誘電体層32を積層
してなる光導波路36の上にフォトレジスト51を塗布
する。ここで、フォトレジスト51の厚さについては、
接着部35のエッジ面37の位置から長さPLだけ迫り
出した接着部35の一部への再結合の影響を除去するよ
うに、実施形態2の定め方が採用できる。即ち、フォト
レジスト51によって形成される接着部35のエッジ面
37の高さhは、再結合による結合効率の低下を防ぐた
め、上記(8)式の条件を満たすように定めればよいの
で、w>hの条件を満たすようにフォトレジスト51の
厚さwを定める。
First, as shown in FIG.
A photoresist 51 is applied on the optical waveguide 36 formed by laminating the first dielectric layer 31 and the second dielectric layer 32 on 3. Here, regarding the thickness of the photoresist 51,
The setting method of the second embodiment can be adopted so as to remove the influence of the recombination to a part of the bonding portion 35 protruding from the position of the edge surface 37 of the bonding portion 35 by the length P L. That is, the height h of the edge surface 37 of the bonding portion 35 formed by the photoresist 51 may be determined so as to satisfy the condition of the above equation (8) in order to prevent a decrease in coupling efficiency due to recombination. The thickness w of the photoresist 51 is determined so as to satisfy the condition of w> h.

【0119】次に、同図(b)及び(c)に示すよう
に、フォトレジスト51にパターニングによって接着剤
注入用の溝52を形成する。また、この溝52の形成
後、光導波路36の表面をRIE処埋を行うことで、フ
ォトレジスト61の現像液の有機残渣や、光導波路表面
にできた変質層を除去することができる。
Next, as shown in FIGS. 13B and 13C, a groove 52 for injecting an adhesive is formed in the photoresist 51 by patterning. After the formation of the groove 52, the surface of the optical waveguide 36 is subjected to RIE to remove organic residues of the developing solution of the photoresist 61 and the altered layer formed on the surface of the optical waveguide.

【0120】次に、同図(d)及び(e)に示すよう
に、誘電体板34を、その入射面が所望の入射角に垂直
になるような角度φを光導波路36に対してなすよう
に、かつエッジB’がフォトレジスト51上の溝52の
エッジC’と平行になるように、位置調整装置57を用
いて位置調整する。調整後、位置調整用装置57で保持
したまま、光導波路36の上に塗布されたフォトレジス
ト51の表面に誘電体板34を置く。
Next, as shown in FIGS. 11D and 11E, the dielectric plate 34 is formed at an angle φ with respect to the optical waveguide 36 such that the incident surface is perpendicular to a desired incident angle. As described above, the position is adjusted using the position adjusting device 57 so that the edge B ′ is parallel to the edge C ′ of the groove 52 on the photoresist 51. After the adjustment, the dielectric plate 34 is placed on the surface of the photoresist 51 applied on the optical waveguide 36 while being held by the position adjusting device 57.

【0121】次に、同図(d)及び(e)の状態で、同
図(f)に示すように、接着剤注入用の溝52を覆うよ
うに光硬化性の接着剤35を注入する。続いて、光照射
で接着部35を固化し、誘電体板34を固定する。ここ
で、使用する接着剤35は光硬化性以外のものも用いる
ことができるが、実施形態2と同じ理由で、UV硬化性
等光硬化性の接着剤を用いれば、固定に要する時間が短
く、固定の間のプリズムの位置ずれなどによる結合効率
の低下を低減できる利点がある。
Next, in the state shown in FIGS. 11D and 11E, as shown in FIG. 11F, a photo-curable adhesive 35 is injected so as to cover the groove 52 for injection of the adhesive. . Subsequently, the bonding portion 35 is solidified by light irradiation, and the dielectric plate 34 is fixed. Here, the adhesive 35 used may be other than the photo-curable one. However, for the same reason as in the second embodiment, if a photo-curable adhesive such as a UV-curable one is used, the time required for fixing is short. In addition, there is an advantage that reduction in coupling efficiency due to displacement of the prism during fixing can be reduced.

【0122】次に、同図(g)に示すように、接着剤3
5を固化して誘電体板34を固定した後で、フォトレジ
スト51を除去する。
Next, as shown in FIG.
After solidifying 5 and fixing dielectric plate 34, photoresist 51 is removed.

【0123】ここで、接着剤35と光導波路36との間
に挟まれた部分のフォトレジスト51の除去は、接着剤
35と光導波路36との間が広いほど速く進むので、接
着剤35と光導波路36との間に挟まれた部分のフォト
レジスト51が除去しやすいよう、本実施形態3でも粘
性の高いフォトレジスト51を使ってレジストを厚く塗
布している。
Here, the removal of the portion of the photoresist 51 sandwiched between the adhesive 35 and the optical waveguide 36 proceeds faster as the distance between the adhesive 35 and the optical waveguide 36 increases. In the third embodiment, too, the photoresist 51 having a high viscosity is used to apply a thick resist so that the portion of the photoresist 51 sandwiched between the optical waveguide 36 and the photoresist 51 can be easily removed.

【0124】具体的には、上記実施形態2同様に、東京
応化社のフォトレジスト(商品名ポジ型フォトレジスト
PMER)を15μmずつ重ねて塗布して、フォトレジ
スト51の厚さwを合計30μmとしている。従って、
接着部35のエッジ面37の高さhは30μmとなる。
More specifically, similarly to Embodiment 2 described above, a photoresist (trade name: positive type photoresist PMER) manufactured by Tokyo Ohkasha Co., Ltd. is applied in a layer of 15 μm, and the thickness w of the photoresist 51 is set to 30 μm in total. I have. Therefore,
The height h of the edge surface 37 of the bonding portion 35 is 30 μm.

【0125】なお、図13でも光導波路36のテーパ部
38の形状に沿わない形でフォトレジスト51が塗布さ
れているように示しているが、これは上記同様に、フォ
トレジスト51を十分に厚く塗布した際には、フォトレ
ジスト51の厚さに比ベテーパ部38の膜厚変化が相対
的に小さくなり、塗布後のフォトレジスト51の表面は
基板33表面に対してほぼ平行になることを意味するも
のである。
Although FIG. 13 shows that the photoresist 51 is applied in a manner not to conform to the shape of the tapered portion 38 of the optical waveguide 36, the photoresist 51 is made sufficiently thick as described above. When applied, the thickness change of the tapered portion 38 is relatively smaller than the thickness of the photoresist 51, which means that the surface of the photoresist 51 after application is substantially parallel to the surface of the substrate 33. Is what you do.

【0126】〈上記各実施形態の光結合器における理想
的な構造条件〉次に、上述の各実施形態の光結合器にお
ける理想的な構造条件について説明する。上述のよう
に、入射ビームのビームスポット径が30[μm]近辺
で、入射位置に関する許容性の改善効果が理想的な状態
は、光結合器の構造が図5(a)に示したテーパ長tが
10[μm]のときの放射パターンを示す場合である。
従って、図5(a)におけるテーパ長tが10[μm]
の放射パターンからの変化が小さい光結合器の構造が、
光結合器の構造に関する結合効率を比較的高く保てる条
件となる。
<Ideal Structural Conditions in Optical Couplers of Each Embodiment> Next, ideal structural conditions in the optical couplers of the above embodiments will be described. As described above, when the beam spot diameter of the incident beam is around 30 [μm] and the effect of improving the tolerance on the incident position is ideal, the structure of the optical coupler is the taper length shown in FIG. This is a case where a radiation pattern when t is 10 [μm] is shown.
Therefore, the taper length t in FIG. 5A is 10 [μm].
The structure of the optical coupler with a small change from the radiation pattern of
This is a condition under which the coupling efficiency relating to the structure of the optical coupler can be kept relatively high.

【0127】そこで、テーパ長tが10[μm]のとき
に、接着剤の屈折率nb、クラッド層(第2誘電体層)
の屈折率nc、導波層の屈折率ng、基板の屈折率ns
クラッド層の厚さs、導波層の最大膜厚D、導波層の最
小膜厚dのそれぞれを変化させたときの放射パターンの
変化を調べると、図14(a),(b),図15
(a),(b),図16(a),(b),図17(a)
までの各図のようになる。なお、各図において中央の一
点鎖線はnb=1.57、nc=1.43、ng=1.5
3、ns=1.45、s=350[nm]、D=570
[nm]、d=360[nm]の場合を示している。
Therefore, when the taper length t is 10 [μm], the refractive index n b of the adhesive and the cladding layer (second dielectric layer)
N c , the refractive index of the waveguide layer n g , the refractive index of the substrate n s ,
When examining the change of the radiation pattern when the thickness s of the cladding layer, the maximum thickness D of the waveguide layer, and the minimum thickness d of the waveguide layer are changed, FIGS. FIG.
(A), (b), FIG. 16 (a), (b), FIG. 17 (a)
It becomes like each figure up to. Incidentally, dashed line in the center in the figure n b = 1.57, n c = 1.43, n g = 1.5
3, n s = 1.45, s = 350 [nm], D = 570
[Nm] and d = 360 [nm].

【0128】図14(a)は接着剤の屈折率nbが1.
56、1.57、1.58と変化したときの放射パター
ンの変化を示しており、放射パターンの変化はほとんど
なく、接着剤の屈折率nbが1.56→1.58と大き
くなるほど放射パターンは傾斜が緩やかな曲線に近づ
く。
FIG. 14A shows that the refractive index n b of the adhesive is 1.
It shows the change of the radiation pattern when it changes to 56, 1.57, 1.58, there is almost no change in the radiation pattern, and the radiation increases as the refractive index n b of the adhesive increases from 1.56 to 1.58. The pattern approaches a gentle slope.

【0129】図14(b)はクラッド層の屈折率nc
1.42、1.43、1.44と変化したときの放射特
性を示しており、クラッド層の屈折率ncが1.42→
1.44と大きくなるほど放射パターンは傾斜が緩やか
な曲線に近づく。
[0129] FIG. 14 (b) shows the radiation characteristics when the refractive index n c of the cladding layer changes with 1.42,1.43,1.44, the refractive index n c of the cladding layer is 1. 42 →
As the value becomes 1.44, the radiation pattern approaches a curve having a gentle slope.

【0130】図15(a)は導波層の屈折率ngが1.
52、1.53、1.55と変化したときの放射特性の
変化を示している。導波層の屈折率ngがこの範囲で変
化したときの放射パターンの変化は小さく、nsが1.
55→1.52と小さくなるほど放射パターンは傾斜が
緩やかな曲線に近づく。
FIG. 15A shows that the refractive index ng of the waveguide layer is 1.
It shows the change of the radiation characteristic when it changes to 52, 1.53, 1.55. The change in the radiation pattern when the refractive index ng of the waveguide layer changes in this range is small, and ns is 1.
As the distance becomes smaller from 55 to 1.52, the radiation pattern approaches a curve with a gentler slope.

【0131】図15(b)は導波路の基板の誘電体層部
分の屈折率nsが1.44、1.45、1.46と変化
したときの放射パターンの変化を示している。このとき
も放射パターンはあまり変化しないが、屈折率ns
1.44、1.45、1.46と大きくなると放射パタ
ーンは傾斜が緩やかな曲線に近づく。
FIG. 15B shows a change in the radiation pattern when the refractive index n s of the dielectric layer portion of the substrate of the waveguide changes to 1.44, 1.45, and 1.46. Although no change in the radiation pattern so this time, the radiation pattern refractive index n s increases the 1.44,1.45,1.46 inclination approaches gentle curve.

【0132】一方、膜厚に対しては、クラッド層の厚さ
sが300[nm]、350[nm]、400[nm]
と変化したときの放射パターンの変化を図16(a)に
示す。この図が示すように、膜厚の変化の大きさに比べ
放射パターンの変化は小さく、厚さsが小さいほど放射
パターンは傾斜が緩やかな曲線に近づく。
On the other hand, regarding the film thickness, the thickness s of the cladding layer is 300 [nm], 350 [nm], 400 [nm].
FIG. 16A shows the change of the radiation pattern when the change is made. As shown in this figure, the change in the radiation pattern is smaller than the change in the film thickness, and the smaller the thickness s, the closer the radiation pattern becomes to a curve with a gentle slope.

【0133】図16(b)は導波層の最大膜厚Dが54
0[nm]、570[nm]、600[nm]と変化し
たときの放射パターンの変化を示す。最大膜厚Dが60
0[nm]→540[nm]と変化したとき、放射パタ
ーンは傾斜が緩やかな曲線に近づく。
FIG. 16B shows that the maximum thickness D of the waveguide layer is 54.
The change of the radiation pattern when it changes to 0 [nm], 570 [nm], and 600 [nm] is shown. Maximum film thickness D is 60
When changing from 0 [nm] to 540 [nm], the radiation pattern approaches a curve with a gentle slope.

【0134】図17(a)は導波層の最小膜厚が320
[nm]、360[nm]、400[nm]と変化した
ときの放射パターンの変化を示す。このときの変化もあ
まり大きいものではなく、最小膜厚が320[nm]→
400[nm]と変化したときに放射パターンは傾斜が
緩やかな曲線に近づく。
FIG. 17A shows that the minimum thickness of the waveguide layer is 320.
The change of the radiation pattern when it changes to [nm], 360 [nm], and 400 [nm] is shown. The change at this time is not so large, and the minimum film thickness is 320 [nm] →
When the wavelength changes to 400 [nm], the radiation pattern approaches a curve with a gentle slope.

【0135】以上の特性変化から、テーパ長tが10
[μm]のときは、上記(1)式の条件を満たし、かつ
ほぼ最適に近い放射パターンは接着剤の屈折率nb、ク
ラッド層の屈折率nc、導波層の屈折率ng、基板の屈折
率ns、クラッド層の厚さs、導波層の最大膜厚D、導
波層の最小膜厚dの条件範囲として下記の範囲内が有効
である可能性がある。
From the above characteristic change, the taper length t is 10
[[Mu] m] When the above equation (1) condition the filled and substantially near optimal refractive index of the radiation pattern of the adhesive n b, the refractive index n c of the cladding layer, the refractive index n g of the waveguide layer, The following ranges may be effective as condition ranges of the refractive index n s of the substrate, the thickness s of the cladding layer, the maximum thickness D of the waveguide layer, and the minimum thickness d of the waveguide layer.

【0136】 1.56<nb<1.58,1.42<nc<1.44, 1.52<ng<1.55,1.44<ns<1.46
300[nm]<s<400[nm],540[nm]
<D<600[nm], 320[nm]<d<400
[nm] しかし、実際にはこれらの全てのパラメータを放射パタ
ーンが最大点を有し、その位置から緩やかに傾斜する変
化型のパターンを持つような曲線となるように組み合せ
で選ぶと、上記(1)式の条件すら満たさなくなる。そ
こで、実際の構造に関するほぼ最適な範囲は、導波層の
屈折率ng、クラッド層の厚さsを固定した構造条件と
なる。図18に下記の各条件のときの放射パターンを示
す。
[0136] 1.56 <n b <1.58,1.42 <n c <1.44, 1.52 <n g <1.55,1.44 <n s <1.46
, 300 [nm] <s < 400 [nm], 540 [nm]
<D <600 [nm], 320 [nm] <d <400
[Nm] However, when all of these parameters are actually selected in combination so that the radiation pattern has a maximum point and has a variable pattern that gradually slopes from the position, the above-mentioned ( Even the condition of 1) is not satisfied. Therefore, an almost optimum range for the actual structure is a structure condition in which the refractive index ng of the waveguide layer and the thickness s of the cladding layer are fixed. FIG. 18 shows the radiation pattern under the following conditions.

【0137】条件1:nb=1.58、nc=1.44、
g=1.53、ns=1.46s=350[nm]、D
=540[nm]、d=400[nm] 条件2:nb=1.57、nc=1.43、ng=1.5
3、ns=1.45s=350[nm]、D=570
[nm]、d=360[nm] 条件3:nb=1.56、nc=1.42、ng=1.5
3、ns=1.44s=350[nm]、D=600
[nm]、d=320[nm] 図18に示すように、放射パターンに大きな形の崩れは
なく、テーパ長tが10[μm]であるとき、下記の条
件Aを満たす範囲が有効なプリズムカプラの構造条件の
一つとなる。
Condition 1: n b = 1.58, n c = 1.44,
n g = 1.53, n s = 1.46s = 350 [nm], D
= 540 [nm], d = 400 [nm] Condition 2: n b = 1.57, n c = 1.43, n g = 1.5
3, n s = 1.45 s = 350 [nm], D = 570
[Nm], d = 360 [ nm] Condition 3: n b = 1.56, n c = 1.42, n g = 1.5
3, n s = 1.44s = 350 [nm], D = 600
[Nm], d = 320 [nm] As shown in FIG. 18, when the radiation pattern is not largely deformed and the taper length t is 10 [μm], the range where the following condition A is satisfied is effective. This is one of the structural conditions of the coupler.

【0138】条件A: 1.56<nb<1.58,1.42<nc<1.44,
g=1.53 1.44<ns<1.46 s=350[nm],540[nm]<D<600[n
m],320[nm]<d<400[nm] 同様に、ng=1.52、ng=1.54等のときも構造
条件が決められる。例えば、図19(a)に示すよう
に、条件:ng=1.52、s=320[nm](nb
1.58、nc=1.44、ns=1.46、D=540
[nm]、d=400[nm])のときも、条件:ng
=1.54、s=380[nm](nb=1.58、nc
=1.44、ns=1.46、D=540[nm]、d
=400[nm])のときも、上記図17の条件1の場
合とほぼ同じ放射パターンを示しており、テーパ長tが
10[μm]であるとき、下記の条件も有効である。
[0138] Condition A: 1.56 <n b <1.58,1.42 <n c <1.44,
n g = 1.53 1.44 <n s <1.46 s = 350 [nm], 540 [nm] <D <600 [n
m], 320 [nm] <d <400 [nm] Similarly, when ng = 1.52, ng = 1.54, etc., the structural conditions are determined. For example, as shown in FIG. 19A, conditions: ng = 1.52, s = 320 [nm] ( nb =
1.58, n c = 1.44, n s = 1.46, D = 540
[Nm], d = 400 [nm]), the condition: ng
= 1.54, s = 380 [nm ] (n b = 1.58, n c
= 1.44, n s = 1.46, D = 540 [nm], d
= 400 [nm]), the radiation pattern is almost the same as that of the condition 1 in FIG. 17 described above. When the taper length t is 10 [μm], the following conditions are also effective.

【0139】条件B: 1.56<nb<1.58,1.42<nc<1.44,
g=1.52 1.44<ns<1.46 s=380[nm],540[nm]<D<600[n
m],320[nm]<d<400[nm] 条件C: 1.56<nb<1.58,1.42<nc<1.44,
g=1.54 1.44<ns<1.46 s=320[nm],540[nm]<D<600[n
m],320[nm]<d<400[nm] 条件A,B,Cから、クラッド層の厚さsと導波層の屈
折率ngとには、およそ次の関係式が成り立つ。
[0139] Conditions B: 1.56 <n b <1.58,1.42 <n c <1.44,
n g = 1.52 1.44 <n s <1.46 s = 380 [nm], 540 [nm] <D <600 [n
m], 320 [nm] < d <400 [nm] Conditions C: 1.56 <n b <1.58,1.42 <n c <1.44,
n g = 1.54 1.44 <n s <1.46 s = 320 [nm], 540 [nm] <D <600 [n
m], 320 [nm] <d <400 [nm] From the conditions A, B, and C, the following relational expression is approximately established between the thickness s of the cladding layer and the refractive index ng of the waveguide layer.

【0140】 s≒3000(1.53−ng)+350[nm] 従って、テーパ長tが10[μm]であるときには、下
記の構造条件が好ましいことになる。
S ≒ 3000 (1.53- ng ) +350 [nm] Accordingly, when the taper length t is 10 [μm], the following structural conditions are preferable.

【0141】条件D: 1.56<nb<1.58,1.42<nc<1.44,
1.44<ns<1.46 540[nm]<D<600[nm],320[nm]
<d<400[nm] 1.52<ng<1.54 但し、s≒3000(1.53−ng)+350[n
m] また、テーパ長tを長くした場合にも、結合効率の低下
はあるものの入射ビームスポット径30μmの時に対し
ても適用は可能である。但し、放射パターンがより平坦
な形になるため、入射ビームスポット径が30μmより
大きい時に結合効率が大きくなる点で有効である。ここ
では、図19(b)に示したようにテーパ長tが15
[μm]のときの放射パターンの変化を示す。図に示す
ようにng=1.53、nb=1.58、nc=1.4
4、ns=1.46、D=540[nm]、d=400
[nm]のとき、s=400[nm]での放射パターン
は、条件Aによる放射パターンを全体的に平坦化した形
を示している。さらに、ng=1.52(nb=1.5
8、nc=1.44、ns=1.46、D=540[n
m]、d=400[nm])のときはs=430[n
m]で同様の放射パターンが得られ、ng=1.54
(nb=1.58、nc=1.44、ns=1.46、D
=540[nm]、d=400[nm])のときはs=
430[nm]で同様の放射パターンが得られる。以上
のことから、テーパ長tが15[μm]のときの放射パ
ターンが良好になる構造条件は以下の条件Eとなる。
[0141] Conditions D: 1.56 <n b <1.58,1.42 <n c <1.44,
1.44 <n s <1.46 540 [ nm] <D <600 [nm], 320 [nm]
<D <400 [nm] 1.52 < ng <1.54 where s ≒ 3000 (1.53- ng ) +350 [n
m] Further, even when the taper length t is increased, the present invention can be applied to a case where the incident beam spot diameter is 30 μm, although the coupling efficiency is reduced. However, since the radiation pattern has a flatter shape, it is effective in that the coupling efficiency increases when the incident beam spot diameter is larger than 30 μm. Here, the taper length t is 15 as shown in FIG.
The change of the radiation pattern at [μm] is shown. N g = 1.53 as shown in FIG, n b = 1.58, n c = 1.4
4, n s = 1.46, D = 540 [nm], d = 400
In the case of [nm], the radiation pattern at s = 400 [nm] shows a shape in which the radiation pattern under the condition A is entirely flattened. Further, n g = 1.52 (n b = 1.5
8, n c = 1.44, n s = 1.46, D = 540 [n
m], d = 400 [nm]), s = 430 [n]
m] gives a similar radiation pattern, ng = 1.54
(N b = 1.58, n c = 1.44, n s = 1.46, D
= 540 [nm], d = 400 [nm]), s =
A similar radiation pattern is obtained at 430 [nm]. From the above, the structural condition for improving the radiation pattern when the taper length t is 15 [μm] is the following condition E.

【0142】条件E: 1.56<nb<1.58,1.42<nc<1.44,
1.44<ns<1.46 540[nm]<D<600[nm],320[nm]
<d<400[nm] 1.52<ng<1.54 但し、s≒3000(1.53−ng)+400[n
m] この逆に、テーパ長tを短くした場合にも、結合効率の
低下はあるものの入射ビームスポット径30μmのとき
に対しても適用は可能である。但し、放射パターンがよ
り急峻な形になるため、入射ビームスポット径が30μ
mより小さい時に結合効率が大きくなる点でより有効で
ある。図19(c)はテーパ長tが5[μm]のときの
放射パターンの変化を示す。図に示すようにng=1.
53、nb=1.58、nc=1.44、ns=1.4
6、D=540[nm]、d=400[nm]のとき、
s=290[nm]での放射パターンは、条件Aによる
放射パターンを全体的に急峻化した形を示している。さ
らに、ng=1.52(nb=1.58、nc=1.4
4、ns=1.46、D=540[nm]、d=400
[nm])のときはs=320[nm]で同様の放射パ
ターンが得られ、ng=1.54(nb=1.58、nc
=1.44、ns=1.46、D=540[nm]、d
=400[nm])のときはs=260[nm]で同様
の放射パターンが得られる。以上のことから、テーパ長
tが5[μm]のときの放射パターンが良好になる構造
条件は条件Fのようになる。
[0142] conditions E: 1.56 <n b <1.58,1.42 <n c <1.44,
1.44 <n s <1.46 540 [ nm] <D <600 [nm], 320 [nm]
<D <400 [nm] 1.52 < ng <1.54 where s ≒ 3000 (1.53- ng ) +400 [n
m] Conversely, even when the taper length t is reduced, the present invention can be applied to the case where the incident beam spot diameter is 30 μm although the coupling efficiency is reduced. However, since the radiation pattern becomes steeper, the incident beam spot diameter is 30 μm.
This is more effective in that the coupling efficiency increases when the value is smaller than m. FIG. 19C shows a change in the radiation pattern when the taper length t is 5 [μm]. As shown in the figure, ng = 1.
53, n b = 1.58, n c = 1.44, n s = 1.4
6, when D = 540 [nm] and d = 400 [nm],
The radiation pattern at s = 290 [nm] indicates a shape in which the radiation pattern under the condition A is sharpened as a whole. Further, n g = 1.52 (n b = 1.58, n c = 1.4
4, n s = 1.46, D = 540 [nm], d = 400
[Nm]) similar radiation pattern obtained with s = 320 [nm] when the, n g = 1.54 (n b = 1.58, n c
= 1.44, n s = 1.46, D = 540 [nm], d
= 400 [nm]), a similar radiation pattern is obtained at s = 260 [nm]. From the above, the structural conditions under which the radiation pattern becomes favorable when the taper length t is 5 [μm] are as in the condition F.

【0143】条件F: 1.56<nb<1.58,1.42<nc<1.44,
1.44<ns<1.46 540[nm]<D<600[nm],320[nm]
<d<400[nm] 1.52<ng<1.54 但し、s≒3000(1.53−ng)+290[n
m] ここで、テーパ長t[nm]を考慮すると、s,ng
tを関係付けして、s≒3000(1.53−ng)+
T,T≒1000(t−0.01)+350[nm]と
概ね書ける。最後に、これらをまとめると、光結合器の
構造条件は条件Gとなる。
[0143] Conditions F: 1.56 <n b <1.58,1.42 <n c <1.44,
1.44 <n s <1.46 540 [ nm] <D <600 [nm], 320 [nm]
<D <400 [nm] 1.52 < ng <1.54 where s ≒ 3000 (1.53- ng ) +290 [n
m] Here, considering the taper length t [nm], s, ng ,
s ≒ 3000 (1.53- ng ) +
T, T ≒ 1000 (t−0.01) +350 [nm]. Finally, when these are put together, the structural condition of the optical coupler is condition G.

【0144】条件G: 1.56<nb<1.58,1.42<nc<1.44,
1.44<ns<1.46 540[nm]<D<600[nm],320[nm]
<d<400[nm] 1.52<ng<1.54 但し、s≒3000(1.53−ng)+T[nm], T≒10000(t−0.01)+350[nm] (5[μm]<t<15[μm]) なお、以上の各条件は本発明者等によるシュミレーショ
ン結果によって得られたものである。
[0144] conditions G: 1.56 <n b <1.58,1.42 <n c <1.44,
1.44 <n s <1.46 540 [ nm] <D <600 [nm], 320 [nm]
<D <400 [nm] 1.52 < ng <1.54 where s ≒ 3000 (1.53- ng ) + T [nm], T ≒ 10000 (t−0.01) +350 [nm] ( 5 [μm] <t <15 [μm]) Note that the above conditions were obtained by simulation results by the present inventors.

【0145】〈本発明が適用されるテーパ形状の範囲〉
本発明のような光結合器の作製に用いる材料としては、
接着剤に関しては、その屈折率と透過性の制約から屈折
率が1.56〜1.58のものが多用され、クラッド層
(第2誘電体層)の材料としては、SiO2などの屈折
率が1.42〜1.44の材料が多用される。また、導
波層(第1誘電体層)の材料としては、#7059ガラ
スやSiONといった、その屈折率が1.52〜1.5
6の材料が多用され、更に、このような素子はSi基板
(表面にSiO2層等誘電体層が形成されたもの)上や
吸収の小さい石英ガラス基板などの、屈折率が1.44
〜1.45の材料が基板として用いられるのが一般的で
ある。
<Range of tapered shape to which the present invention is applied>
Materials used for manufacturing an optical coupler such as the present invention include:
As the adhesive, those having a refractive index of 1.56 to 1.58 are frequently used due to the restriction of the refractive index and transmittance, and the material of the clad layer (second dielectric layer) is a refractive index such as SiO 2. Of 1.42 to 1.44 are frequently used. As a material of the waveguide layer (first dielectric layer), a refractive index of 1.52 to 1.5 such as # 7059 glass or SiON is used.
6 is frequently used, and such an element has a refractive index of 1.44, such as on a Si substrate (a surface on which a dielectric layer such as a SiO 2 layer is formed) or a quartz glass substrate with low absorption.
Generally, materials of 1.45 to 1.45 are used as substrates.

【0146】そこで、このような条件下で、テーパ形状
を検討すると、図14(a),(b),図15(a),
(b),図16(a),(b),図17(a),(b)
に示すような状態で、図5で示した高い結合効率を示す
ような放射特性に近い放射特性が得られる。ここで、本
発明のような光結合器が構成される材料はほぼ決まると
いう点から、これらの図から求められるテーパの形状の
条件が理想的な条件と言える。
Therefore, when the tapered shape is examined under such conditions, FIG. 14 (a), (b), FIG. 15 (a), and FIG.
(B), FIGS. 16 (a), (b), FIGS. 17 (a), (b)
In the state shown in FIG. 5, a radiation characteristic close to the radiation characteristic showing the high coupling efficiency shown in FIG. 5 is obtained. Here, since the material of the optical coupler as in the present invention is almost determined, it can be said that the condition of the taper shape obtained from these figures is an ideal condition.

【0147】即ち、テーパの形状の条件は以下のように
なる。
That is, the condition of the taper shape is as follows.

【0148】5[μm]<t<15[μm]、300
[nm]<s<400[nm]、540[nm]<D<
600[nm]、320[nm]<d<400[nm]
5 [μm] <t <15 [μm], 300
[Nm] <s <400 [nm], 540 [nm] <D <
600 [nm], 320 [nm] <d <400 [nm]

【0149】[0149]

【発明の効果】以上の本発明光結合器によれば、光結合
器の放射パターンが光導波路での光の進行方向にほぼ一
様となるような変形型の放射パターンとなるので、光導
波路への結合効率の入射位置に対する許容性を拡大でき
る。
According to the optical coupler of the present invention described above, the radiation pattern of the optical coupler is a deformed radiation pattern that is substantially uniform in the traveling direction of light in the optical waveguide. It is possible to increase the tolerance of the coupling efficiency to the incident position.

【0150】加えて、接着部に光導波路表面との交線が
直線となり、かつ光導入手段、光導波路表面のいずれに
も接しない部分を有するエッジ面を形成するので、第1
誘電体層のテーパ部分のエッジと、接着部のエッジ面と
光導波路表面との交線との距離を正確に定めることがで
きる。故に、第1誘電体層のテーパ部のエッジと接着部
のエッジ面との距離の最適値からのずれを容易に解消で
きるので、結合効率の低下を最小限に抑制できる。
In addition, since the line of intersection with the surface of the optical waveguide is formed as a straight line at the bonding portion, and an edge surface having a portion not in contact with any of the light introducing means and the surface of the optical waveguide is formed.
The distance between the edge of the tapered portion of the dielectric layer and the line of intersection between the edge surface of the bonding portion and the optical waveguide surface can be accurately determined. Therefore, the deviation of the distance between the edge of the tapered portion of the first dielectric layer and the edge surface of the bonding portion from the optimum value can be easily eliminated, and a decrease in the coupling efficiency can be suppressed to a minimum.

【0151】また、特に請求項2記載の光結合器によれ
ば、この種の光結合器で多用される材料を用いた場合に
好適なテーパ形状の範囲を設定できる。
Further, according to the optical coupler of the second aspect, it is possible to set a suitable tapered shape range when using a material frequently used in this type of optical coupler.

【0152】また、特に請求項4記載の光結合器におい
て、接着部のエッジ面の光導波路表面からの高さhを、
上記(2)式を満足するように設定すると、接着剤とプ
リズム底面との界面での反射によって生じる多重反射光
によって接着部が薄膜として機能して結合効率が不安定
になる可能性を完全に除去できる。
In the optical coupler according to the fourth aspect, the height h of the edge surface of the bonding portion from the surface of the optical waveguide is set as follows:
When setting is made so as to satisfy the above expression (2), the possibility that the bonding portion functions as a thin film due to the multiple reflection light generated by the reflection at the interface between the adhesive and the bottom surface of the prism and the coupling efficiency becomes unstable is completely eliminated. Can be removed.

【0153】また、特に請求項5記載の光結合器によれ
ば、誘電体板がプリズムに比べて製造が容易であるため
製造コストを削減できる利点がある。
According to the optical coupler of the fifth aspect, the dielectric plate is easier to manufacture than the prism, so that there is an advantage that the manufacturing cost can be reduced.

【0154】また、特に請求項6記載の光結合器によれ
ば、誘電体表面に無反射コーティングを施す構成をとる
ので、反射光を低減できる利点がある。
In addition, according to the optical coupler of the sixth aspect, since the configuration in which the antireflection coating is applied to the dielectric surface is adopted, there is an advantage that the reflected light can be reduced.

【0155】また、本発明の製造方法によれば、接着剤
のエッジ部分の光導波路表面との交線の位置を、第1誘
電体層のテーパ部のエッジに対し、フォトリソグラフィ
ーの技術で調整できるので、高い精度で接着部のエッジ
の光導波路表面との交線と、第1誘電体層のテーパ部分
のエッジとの距離を定めることができる。また、接着部
のエッジ面と光導波路表面との交線の直線性についても
フォトマスクで実現できるので、高精度の直線性が実現
できる。
According to the manufacturing method of the present invention, the position of the line of intersection of the edge of the adhesive with the surface of the optical waveguide is adjusted with respect to the edge of the tapered portion of the first dielectric layer by photolithography. Therefore, the distance between the line of intersection of the edge of the bonding portion with the optical waveguide surface and the edge of the tapered portion of the first dielectric layer can be determined with high accuracy. In addition, since the linearity of the line of intersection between the edge surface of the bonding portion and the surface of the optical waveguide can be realized by the photomask, highly accurate linearity can be realized.

【0156】また、特に請求項8記載の光結合器の製造
方法によれば、フォトレジストで形成された溝を跨ぐ形
で、プリズムをフォトレジスト上に配置する構成をとる
ので、プリズムがフォトレジスト表面と2カ所で接する
ため、光導波路表面とプリズム底面との平行度を向上で
きる。この結果、最適入射角で入射した時に、入射面で
の反射が最小になるように決められたプリズムの底角φ
と、光導波路表面への入射角とがなす角とのずれを小さ
くできる。このため、光結合器への入射角が最適入射角
からずれることによる結合効率の低下を抑制できる。
According to the method for manufacturing an optical coupler of the present invention, the prism is arranged on the photoresist so as to bridge the groove formed by the photoresist. Since it is in contact with the surface at two places, the parallelism between the optical waveguide surface and the prism bottom surface can be improved. As a result, the base angle φ of the prism determined so that reflection at the incidence surface is minimized when the light is incident at the optimum incidence angle.
And the angle between the incident angle to the optical waveguide surface and the angle formed by the incident angle can be reduced. For this reason, it is possible to suppress a decrease in coupling efficiency due to a shift of the incident angle to the optical coupler from the optimum incident angle.

【0157】また、特に請求項9記載の光結合器の製造
方法によれば、フォトレジストの厚さwと、接着部のエ
ッジ面の光導波路の表面からの高さhとが、w>hにな
るように設定するので、接着部が薄膜として機能するの
防止できる。
In addition, according to the method for manufacturing an optical coupler of the ninth aspect, the thickness w of the photoresist and the height h of the edge surface of the bonding portion from the surface of the optical waveguide are w> h. , It is possible to prevent the bonding portion from functioning as a thin film.

【0158】また、特に請求項10記載の光結合器の製
造方法によれば、フォトレジスト上に溝を形成する工程
の後処理として、RIE処理を行う構成をとるので、フ
ォトレジストの現像液の有機残渣や、光導波路表面にで
きた変質層を除去でき、光導波路への接着力を強めるこ
とができる。
Further, according to the method for manufacturing an optical coupler according to the tenth aspect, an RIE process is employed as a post-process of forming a groove on the photoresist. The organic residue and the altered layer formed on the optical waveguide surface can be removed, and the adhesive strength to the optical waveguide can be increased.

【0159】また、特に請求項11記載の光結合器の製
造方法によれば、接着剤に光硬化性の接着剤を用いるこ
とで、硬化の時間を短縮でき、硬化過程における調整位
置変化を最小にすることができる。
Further, according to the method for manufacturing an optical coupler of the present invention, it is possible to shorten the curing time and minimize the change of the adjustment position in the curing process by using the photocurable adhesive as the adhesive. Can be

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態1を示す、光結合器の断面
図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical coupler according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(1)式中のrnを示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing r n in equation (1).

【図3】(a)は縦軸に結合効率を、横軸に入射位置を
とって、テーパ部のエッジと接着部のエッジとの距離を
パラメータとした結合効率の入射位置特性を示すグラ
フ、(b)は(a)の実験結果を得た供試用光結合器を
示す断面図。
FIG. 3A is a graph showing a coupling efficiency incident position characteristic in which the vertical axis represents the coupling efficiency and the horizontal axis represents the incident position, and the distance between the edge of the tapered portion and the edge of the bonding portion is used as a parameter; FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a test optical coupler that has obtained the experimental result of FIG.

【図4】本発明の実施形態2を示す、光結合器の断面
図。
FIG. 4 is a sectional view of an optical coupler according to a second embodiment of the present invention.

【図5】(a),(b)共に縦軸に規格化放射光強度
を、横軸に接着部エッジからの距離をとって、光結合器
の放射特性を示すグラフ。
5A and 5B are graphs showing the radiation characteristics of the optical coupler, with the vertical axis representing the normalized radiation intensity and the horizontal axis representing the distance from the edge of the bonding portion.

【図6】(a),(b)共に縦軸に結合効率を、横軸に
入射位置をとって、結合効率の入射位置依存性を示すグ
ラフ。
6A and 6B are graphs showing the coupling position dependence of the coupling efficiency, with the vertical axis representing the coupling efficiency and the horizontal axis representing the incident position.

【図7】縦軸に結合効率を、横軸に入射角をとって、結
合効率の入射角特性を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing an incident angle characteristic of the coupling efficiency with the vertical axis representing the coupling efficiency and the horizontal axis representing the incident angle.

【図8】本発明が適用される光結合器の他の例を示す断
面図。
FIG. 8 is a sectional view showing another example of the optical coupler to which the present invention is applied.

【図9】接着部のエッジ面の高さhの定めかたを示す断
面図。
FIG. 9 is a sectional view showing how to determine the height h of the edge surface of the bonding portion.

【図10】実施形態2の光結合器の製造工程を示す工程
図。
FIG. 10 is a process chart showing a manufacturing process of the optical coupler of the second embodiment.

【図11】本発明が適用される光結合器の他の例を示す
断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing another example of the optical coupler to which the present invention is applied.

【図12】本発明の実施形態3を示す、光結合器の断面
図。
FIG. 12 is a cross-sectional view of an optical coupler according to a third embodiment of the present invention.

【図13】実施形態3の光結合器の製造工程を示す工程
図。
FIG. 13 is a process chart showing a manufacturing process of the optical coupler of the third embodiment.

【図14】(a)は接着剤の屈折率を変化させた場合の
放射パターンの変化を示すグラフ、(b)は第2誘電体
層の屈折率を変化させた場合の放射パターンの変化を示
すグラフ。
14A is a graph showing a change in a radiation pattern when the refractive index of the adhesive is changed, and FIG. 14B is a graph showing a change in the radiation pattern when the refractive index of the second dielectric layer is changed. The graph shown.

【図15】(a)は第1誘電体層の屈折率を変化させた
場合の放射パターンの変化を示すグラフ、(b)は基板
の屈折率を変化させた場合の放射パターンの変化を示す
グラフ。
15A is a graph showing a change in a radiation pattern when the refractive index of the first dielectric layer is changed, and FIG. 15B is a graph showing a change in the radiation pattern when the refractive index of the substrate is changed. Graph.

【図16】(a)は第2誘電体層の厚さsを変化させた
場合の放射パターンの変化を示すグラフ、(b)は第1
誘電体層の最大膜厚を変化させた場合の放射パターンの
変化を示すグラフ。
16A is a graph showing a change in the radiation pattern when the thickness s of the second dielectric layer is changed, and FIG.
9 is a graph showing a change in a radiation pattern when the maximum thickness of a dielectric layer is changed.

【図17】(a)は第1誘電体層の最小膜厚を変化させ
た場合の放射パターンの変化を示すグラフ、(b)テー
パ長を変化させた場合の放射パターンの変化を示すグラ
フ。
17A is a graph showing a change in the radiation pattern when the minimum thickness of the first dielectric layer is changed, and FIG. 17B is a graph showing a change in the radiation pattern when the taper length is changed.

【図18】条件1,2,3の場合の放射パターンを比較
して示すグラフ。
FIG. 18 is a graph showing a comparison of radiation patterns under conditions 1, 2, and 3.

【図19】(a)〜(c)共に放射パターンを示すグラ
フ。
19 (a) to 19 (c) are graphs each showing a radiation pattern.

【図20】光結合器の従来例を示す断面図。FIG. 20 is a sectional view showing a conventional example of an optical coupler.

【図21】光結合器の他の従来例を示す断面図。FIG. 21 is a sectional view showing another conventional example of the optical coupler.

【図22】光結合器のまた別の従来例を示す断面図。FIG. 22 is a sectional view showing another conventional example of the optical coupler.

【図23】放射パターンの種類を示すグラフ。FIG. 23 is a graph showing types of radiation patterns.

【図24】(a)は(b)の実験結果を得た従来の供試
用光結合器を示す断面図、(b)は縦軸に結合効率を、
横軸に入射位置をとって示す、従来例の結合効率の入射
位置特性を示すグラフ。
24 (a) is a cross-sectional view showing a conventional optical coupler for a test obtained from the experimental result of (b), FIG. 24 (b) is the coupling efficiency on the vertical axis, and FIG.
7 is a graph showing the incident position characteristics of the coupling efficiency of the conventional example, with the incident position shown on the horizontal axis.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、31 第1誘電体層 2、12、32 第2誘電体層 3、13、33 基板 4、14 プリズム 5、15、35 接着部 6、16、36 光導波路 7、17、37 接着部のエッジ 18、38 テーパ部 19、39 テーパ部のエッジ 20 反射入射型プリズム 21、40 Si基板 22、41 SiO2層 34 誘電体板 51 フォトレジスト 52 接着剤注入用溝 53 位置調整装置1, 11, 31 First dielectric layer 2, 12, 32 Second dielectric layer 3, 13, 33 Substrate 4, 14 Prism 5, 15, 35 Adhesion 6, 16, 36 Optical waveguide 7, 17, 37 Adhesion Edge 18, 38 Taper 19, 39 Edge of taper 20 Reflection / incidence prism 21, 40 Si substrate 22, 41 SiO 2 layer 34 Dielectric plate 51 Photoresist 52 Adhesive injection groove 53 Position adjusting device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上塚 尚登 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 大内 博文 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Naoto Uezuka 5-1-1, Hidaka-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within the Opto-System Laboratory, Hitachi Cable, Ltd. (72) Inventor Hirofumi Ouchi Date, Hitachi City, Ibaraki Prefecture 5-1-1 Takamachi Hitachi Cable, Ltd. Optro System Laboratory

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板、該基板上に積層され、入射した光
が結合後進行するX軸方向に膜厚がテーパ形状に変化す
る部分を有する第1誘電体層及び該第1誘電体層の上に
積層された第2誘電体層で構成される光導波路を有し、
該光導波路上に接着部を介して接着された光導入手段に
より光を該光導波路の表面に所定角度で入射させる光結
合器であって、 該接着部に、該光導波路の表面との交線が直線となり、
かつ該光導入手段と該光導波路の表面とのいずれにも接
しない部分を有するエッジ面が形成され、 該第1誘電体層の膜厚がテーパ形状に変化する部分のあ
る区間Xn-1<X<Xnでの放射係数をαrnとし、該接着
部の該エッジ面からの距離がXnの位置での振幅をan
したとき、 該光結合器を用いて波長λの光を該光導波路から放射す
る際の放射パターンが、下記(1)式の条件を満足する
ように、 an-1(1−rn)<an(1−rn+1) …(1) 但し、 rn=exp(k0αrn△X) k0=2π/λ △X=Xn−Xn-1 該第1誘電体層のテーパ形状を設定した光結合器。
A first dielectric layer laminated on the substrate, the first dielectric layer having a portion in which a film thickness changes in a tapered shape in an X-axis direction in which incident light travels after coupling, and a first dielectric layer of the first dielectric layer; An optical waveguide composed of a second dielectric layer laminated thereon,
An optical coupler for causing light to enter the surface of the optical waveguide at a predetermined angle by light introducing means bonded to the optical waveguide via a bonding portion, wherein the bonding portion has an intersection with the surface of the optical waveguide. The line becomes a straight line,
An edge surface having a portion not in contact with either the light introducing means or the surface of the optical waveguide; and a section X n-1 having a portion where the film thickness of the first dielectric layer changes to a tapered shape. <X <and the radiation coefficient alpha rn in X n, when the distance from the edge surface of the adhesive portion is the amplitude at the position of X n and a n, light of wavelength λ by using the optical coupler the so that radiation pattern when radiated from the optical waveguide, satisfies the following conditions (1), a n-1 (1- r n) <a n (1-r n + 1) ... (1 ) where, r n = exp (k 0 α rn △ X) k 0 = 2π / λ △ X = X n -X n-1 first dielectric layer optical coupler set a tapered shape.
【請求項2】 前記テーパ形状のテーパ長t、該第2誘
電体層の膜厚s、該第1誘電体層の最大膜厚D及び最小
膜厚dが下記の条件を満足するように 5[μm]<t<15[μm],300[nm]<s<
400[nm],540[nm]<D<600[n
m],320[nm]<d<400[nm] 前記テーパ形状を設定した請求項1記載の光結合器。
2. The taper length t of the taper shape, the thickness s of the second dielectric layer, and the maximum thickness D and the minimum thickness d of the first dielectric layer satisfy the following conditions. [Μm] <t <15 [μm], 300 [nm] <s <
400 [nm], 540 [nm] <D <600 [n
m], 320 [nm] <d <400 [nm] The optical coupler according to claim 1, wherein the tapered shape is set.
【請求項3】 前記接着部のエッジ面の前記光導波路の
表面からの高さhが、入射ビームスポットのエアリー半
径をrAとし、該光導波路の表面への入射角をθ1’とし
たとき、下記(2)式の条件を満足するように h>2rA/sinθ1’ …(2) 設定した請求項1又は請求項2記載の光結合器。
3. The height h of the edge surface of the bonding portion from the surface of the optical waveguide is represented by r A of the Airy radius of the incident beam spot, and θ 1 ′ of the incident angle on the surface of the optical waveguide. 3. The optical coupler according to claim 1, wherein h> 2r A / sin θ 1 ′ (2) is set so as to satisfy the condition of the following expression (2).
【請求項4】 前記光導入手段がプリズムである請求項
1〜請求項3のいずれかに記載の光結合器。
4. The optical coupler according to claim 1, wherein said light introducing means is a prism.
【請求項5】 前記光導入手段が誘電体板である請求項
1〜請求項4のいずれかに記載の光結合器。
5. The optical coupler according to claim 1, wherein said light introducing means is a dielectric plate.
【請求項6】 前記誘電体板の表面に無反射コーティン
グを施してある請求項5記載の光結合器。
6. The optical coupler according to claim 5, wherein an antireflection coating is applied to a surface of said dielectric plate.
【請求項7】 請求項1〜請求項6のいずれかに記載の
光結合器の製造方法であって、 前記光導波路の表面にフォトレジストを塗布する工程
と、 該フォトレジスト上に接着剤注入用の溝を形成する工程
と、 該光導波路の表面に光導入手段を位置調整して配置する
工程と、 該光導入手段を該光導波路の表面に接着して固定する工
程と、 該フォトレジストを除去する工程とを包含する光結合器
の製造方法。
7. The method for manufacturing an optical coupler according to claim 1, wherein a step of applying a photoresist to a surface of the optical waveguide, and an step of injecting an adhesive onto the photoresist. Forming a groove for the optical waveguide, adjusting the position of the light introducing means on the surface of the optical waveguide, and arranging the light introducing means on the surface of the optical waveguide, and fixing the photoresist. And a method for manufacturing an optical coupler.
【請求項8】 前記光導入手段がプリズムである光結合
器の製造方法であって、 前記光導波路の表面にフォトレジストを塗布する工程
と、 該フォトレジスト上に接着剤注入用の溝を形成する工程
と、 該光導波路の表面に該プリズムを該溝を跨ぐ形で位置調
整して配置する工程と、 該光導入手段を該光導波路の表面に接着して固定する工
程と、 該フォトレジストを除去する工程とを包含する光結合器
の製造方法。
8. A method for manufacturing an optical coupler, wherein the light introducing means is a prism, wherein a step of applying a photoresist to the surface of the optical waveguide, and forming a groove for injecting an adhesive on the photoresist. A step of adjusting the position of the prism on the surface of the optical waveguide so as to straddle the groove; a step of bonding and adhering the light introducing means to the surface of the optical waveguide; And a method for manufacturing an optical coupler.
【請求項9】 前記フォトレジストの厚さwが、下記の
条件を満足するように、 w>h 但し、 h:接着部のエッジ面の光導波路の表面からの高さ 設定した請求項7又は請求項8記載の光結合器の製造方
法。
9. The thickness of the photoresist w satisfies the following condition: w> h, where h: the height of the edge surface of the bonding portion from the surface of the optical waveguide is set. A method for manufacturing the optical coupler according to claim 8.
【請求項10】 前記フォトレジスト上に溝を形成する
工程の後処理として、前記光導波路の表面にRIE処理
を行う工程を包含する請求項7〜請求項9のいずれかに
記載の光結合器の製造方法。
10. The optical coupler according to claim 7, further comprising a step of performing an RIE process on a surface of the optical waveguide as a post-process of forming a groove on the photoresist. Manufacturing method.
【請求項11】 前記光導入手段を前記光導波路の表面
に接着して固定する工程を、光硬化性の接着剤を用いて
行う請求項7〜請求項10のいずれかに記載の光結合器
の製造方法。
11. The optical coupler according to claim 7, wherein the step of bonding and fixing the light introducing means to the surface of the optical waveguide is performed using a photo-curable adhesive. Manufacturing method.
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